核反應堆熱工分析02

1核裂變產生的能量及其分布1

堆芯功率的分布及其影響因素2

控制棒、慢化劑和結構材料中熱量的產生和分布3

停堆后的功率分布4第二章堆的熱源及其分布2核裂變產生能量及其分布1裂變碎片的動能約占總能量的84%裂變能的絕大部分在燃料元件內轉換為熱能，少量在慢化劑內釋放，通常取97.4%在燃料元件內轉換為熱能3核裂變產生能量及其分布1不同核素所釋放出來的裂變能量是有差異的，一般認為取堆內熱源及其分布還與時間有關，新裝料、平衡運行和停堆后都不相同輸出燃料元件內產生的熱量的熱工水力問題就成為反應堆設計的關鍵4堆芯功率的分布及其影響因素2裂變率單位時間，單位體積燃料內，發(fā)生的裂變次數(shù)熱功率整個堆芯的熱功率計入位于堆芯之外的反射層、熱屏蔽等的釋熱量熱功率釋熱率單位體積的釋熱率5堆芯功率的分布及其影響因素2堆芯功率的分布均勻裸堆進行理論分析時極其有用活性區(qū)外面沒有反射層富集度相同的燃料均勻分布在整個活性區(qū)內簡化一：簡化二：6堆芯功率的分布及其影響因素2目前絕大部分的堆都采用圓柱形堆芯，圓柱形堆芯的均勻裸堆，熱中子通量分布在高度方向上為余弦分布，半徑方向上為零階貝塞爾函數(shù)分布：外推半徑：外推高度：堆芯的釋熱率分布堆芯最大體積釋熱率7堆芯功率的分布及其影響因素2均勻裸堆中的中子通量分布8堆芯功率的分布及其影響因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影響功率分布的因素均勻裝載燃料方案：分區(qū)裝載燃料方案：目前的核電廠普遍采用的方案布置特點：沿堆芯徑向分區(qū)裝載不同富集度的燃料，高富集度的裝在最外區(qū)，低富集度的在中心。優(yōu)點：堆芯功率分布得到展平，提高平均燃耗早期的壓水堆采用此方案優(yōu)點：裝卸料方便缺點：功率分布過于不平均，平均燃耗低9堆芯功率的分布及其影響因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影響功率分布的因素三區(qū)分批裝料時的歸一化功率分布圖：通常I區(qū)的燃料富集度是最低的，III區(qū)的燃料富集度最高10堆芯功率的分布及其影響因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影響功率分布的因素控制棒一般均勻布置在高中子通量的區(qū)域，既提高控制棒的效率，又有利于徑向中子通量的展平控制棒對徑向功率分布的影響

11堆芯功率的分布及其影響因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影響功率分布的因素控制棒對反應堆的軸向功率分布也有很大的影響控制棒對軸向功率分布的影響

12堆芯功率的分布及其影響因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影響功率分布的因素分類停堆棒停堆棒通常在堆芯的外面，只有在需要停堆的時候才迅速插入堆芯調節(jié)棒調節(jié)棒是用于反應堆正常運行時功率的調節(jié)補償棒補償棒是用于抵消壽期初大量的剩余反應性的13堆芯功率的分布及其影響因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影響功率分布的因素輕水作慢化劑的堆芯中，水隙的存在引起附加慢化作用，使該處的中子通量上升，提高水隙周圍元件的功率，增大了功率分布的不均勻程度克服辦法：采用棒束型控制棒組件

14堆芯功率的分布及其影響因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影響功率分布的因素輕水作慢化劑的堆芯中，水隙的存在引起附加慢化作用，使該處的中子通量上升，提高水隙周圍元件的功率，增大了功率分布的不均勻程度克服辦法：采用棒束型控制棒組件

空泡的存在將導致堆芯反應性下降

沸水堆控制棒由堆底部向上插入堆芯的原因

能減輕某些事故的嚴重性的原因15堆芯功率的分布及其影響因素2燃料元件數(shù)很多的非均勻圓柱形堆芯的通量分布總趨勢與均勻堆的是一樣的非均勻堆中的燃料元件自屏效應，使得元件內的中子通量和它周圍慢化劑內的中子通量分布會有較大差異16堆芯功率的分布及其影響因素2非均勻堆柵陣

用具有等效截面的圓來代替原來的正方形柵元

假設熱中子僅在整個慢化劑內均勻產生運用擴散理論，燃料元件內熱中子通量分布的表達式：若燃料棒表面處的熱中子通量為，則在處，，則：17堆芯功率的分布及其影響因素2燃料元件的自屏因子F為：對于棒狀燃料元件：

采用富集鈾且燃料棒的尺寸比較細的情況，F(xiàn)的范圍為1.0～1.1

精確的F值要根據(jù)逃脫幾率的方法求解18控制棒、慢化劑和結構材料中熱量的產生和分布3慢化劑控制棒結構材料材料：硼、鎘、鉿等，壓水堆一般采用銀-銦-鎘合金或碳化硼控制棒的熱源：

吸收堆芯的輻射：用屏蔽設計的方法計算

控制棒本身吸收中子的(n,)或(n,)反應在芯棒和包殼之間充以某種氣體（如氦氣）以改善控制棒的工藝性能和傳熱性能19控制棒、慢化劑和結構材料中熱量的產生和分布3慢化劑控制棒結構材料(n,)或(n,)反應熱源的計算控制棒每秒俘獲的中子數(shù)：（中子/s）(n,)反應產生的功率：（MeV/s）（kW）(n,)反應產生的功率：（MeV/s）（kW）20控制棒、慢化劑和結構材料中熱量的產生和分布3慢化劑控制棒結構材料(n,)或(n,)反應熱源的計算若控制棒是由m種不同的吸收材料組成：（MeV/s）（kW）求得插入堆芯的控制棒的釋熱量后，不難算出其溫度分布，要使控制棒最高中心溫度小于特定條件下的允許溫度21

裂變中子的慢化吸收裂變產物放出的粒子的一部分能量吸收各種射線的能量控制棒、慢化劑和結構材料中熱量的產生和分布3慢化劑控制棒結構材料所產生的熱量包括：熱源的分布取決于快中子的自由程慢化劑中的體積釋熱率近似表示為：冷卻劑和慢化劑為同一種材料，則慢化劑的冷卻問題可以合并在元件的冷卻問題中一并考慮，否則必須專門考慮22控制棒、慢化劑和結構材料中熱量的產生和分布3慢化劑控制棒結構材料熱量來源幾乎完全是由于吸收來自堆芯的各種射線若認為對射線的吸收正比于材料質量，則體積釋熱率為：結構材料中的熱源還與結構材料本身的具體形狀和所處的部位有密切關系23停堆后的功率4熱量燃料棒內儲存的顯熱剩余中子引起的裂變裂變產物和中子俘獲產物的衰變24停堆后的功率4鈾棒內的顯熱和剩余中子裂變熱大約在半分鐘之內傳出，其后的冷卻要求完全取決于衰變熱壓水堆的衰變熱：25停堆后的功率4剩余裂變功率的衰減

停堆后時間非常短（0.1s內）：

停堆時間較長：

停堆時間較長且反應性變化較大：26停堆后的功率4剩余裂變功率的衰減對于恒定功率下運行很長時間的輕水慢化堆，在停堆時如果引入的負反應性的絕對值大于4%，則其相對裂變功率的變化為：只適用于輕水堆且用U-235作燃料的反應堆27停堆后的功率4衰變功率的衰減

裂變產物的衰變功率：方法一：根據(jù)裂變產物的種類及其所產生的射線的能譜編制的計算機程序來計算裂變產物的衰變熱，較復雜，不作介紹方法二：把裂變產物作為一個整體處理，根據(jù)實際測量得到的結果，整理成