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反應(yīng)堆的固有安全性

  在由于某些原因從外部引入反應(yīng)性,使中子通量增加(核燃料、冷卻劑溫度上升)的情況下,反應(yīng)堆本身具有防止核反應(yīng)失控的工作特性。我們稱這種特性為固有的安全性。固有特性來自反應(yīng)堆本身所具有的負(fù)反應(yīng)性溫度效應(yīng)、空泡效應(yīng)、多普勒效應(yīng)、氙和釤的積累和核燃料的燃耗等。

核燃料組件  反應(yīng)堆內(nèi)各部分溫度升高而再生系數(shù)K變小的現(xiàn)象稱為負(fù)反應(yīng)性溫度效應(yīng),對反應(yīng)堆的穩(wěn)定性和安全性起決定作用。

  反應(yīng)堆冷卻劑中,特別是在沸水堆中產(chǎn)生的蒸汽泡,隨功率增長而加大,從而造成相當(dāng)大的負(fù)泡系數(shù),使反應(yīng)性下降,這個效應(yīng)叫空泡效應(yīng),有利于反應(yīng)堆運(yùn)行的安全。

  多普勒效應(yīng)是指裂變中產(chǎn)生的快中子在慢化過程中被核燃料吸收的效應(yīng)。它隨燃料本身的溫度變化而有很大的變化。特別重要的是這種效應(yīng)是瞬時的,當(dāng)燃料溫度上升時,它馬上就起作用。

  在裂變產(chǎn)物中積累起來的氙和釤是對反應(yīng)堆毒性很大的元素,這兩種元素很容易吸收熱中子,使堆內(nèi)的熱中子減少,反應(yīng)性也下降。

  一般說來,反應(yīng)堆長期運(yùn)行之后,反應(yīng)性要下降,這是由于燃料的燃耗加深而引起的。

  以上這些效應(yīng),一般都有利于反應(yīng)堆運(yùn)行的安全,但在一定的條件下,也有不利的一面。

核燃料芯塊  在輕水堆情況下,有三個效應(yīng)是起作用的。第一,由于燃料溫度的上升,鈾-238吸收中子的份額增加,從而使反應(yīng)性有很大的下降(負(fù)反應(yīng)性),是多普勒效應(yīng)起了作用;第二,輕水慢化劑溫度升高,其密度變小,中子與慢化劑碰撞的機(jī)會減少,中子慢化效果降低,反應(yīng)性減小,負(fù)反應(yīng)性溫度效應(yīng)起了作用;第三,輕水冷卻劑溫度升高,就產(chǎn)生氣泡,其道理與第二點(diǎn)相同。由于中子泄漏增加,使反應(yīng)性有很大下降,這就是所謂的空泡效應(yīng)。

  在氣冷堆的情況下,由于多普勒效應(yīng)的作用,燃料給出了負(fù)的溫度效應(yīng)。另一方面,因為氣冷堆的功率密度低,石墨的熱容量大,所以當(dāng)發(fā)生事故時,堆芯溫度上升慢,二氧化碳冷卻劑的密度低,即使在冷卻劑喪失的情況下,對反應(yīng)性幾乎也沒有什么影響,功率仍將繼續(xù)上升,這時,要靠快停堆系統(tǒng)來控制。

再生系數(shù)與臨界狀態(tài)  反應(yīng)堆安全控制系統(tǒng)

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