反應堆的固有安全性
來源:中國核電信息網(wǎng) 發(fā)布日期:2008-05-28
在由于某些原因從外部引入反應性,使中子通量增加(核燃料、冷卻劑溫度上升)的情況下,反應堆本身具有防止核反應失控的工作特性。我們稱這種特性為固有的安全性。固有特性來自反應堆本身所具有的負反應性溫度效應、空泡效應、多普勒效應、氙和釤的積累和核燃料的燃耗等。
反應堆內(nèi)各部分溫度升高而再生系數(shù)K變小的現(xiàn)象稱為負反應性溫度效應,對反應堆的穩(wěn)定性和安全性起決定作用。
反應堆冷卻劑中,特別是在沸水堆中產(chǎn)生的蒸汽泡,隨功率增長而加大,從而造成相當大的負泡系數(shù),使反應性下降,這個效應叫空泡效應,有利于反應堆運行的安全。 多普勒效應是指裂變中產(chǎn)生的快中子在慢化過程中被核燃料吸收的效應。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是瞬時的,當燃料溫度上升時,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,反應性也下降。
一般說來,反應堆長期運行之后,反應性要下降,這是由于燃料的燃耗加深而引起的。
以上這些效應,一般都有利于反應堆運行的安全,但在一定的條件下,也有不利的一面。 在輕水堆情況下,有三個效應是起作用的。第一,由于燃料溫度的上升,鈾-238吸收中子的份額增加,從而使反應性有很大的下降(負反應性),是多普勒效應起了作用;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會減少,中子慢化效果降低,反應性減小,負反應性溫度效應起了作用;第三,輕水冷卻劑溫度升高,就產(chǎn)生氣泡,其道理與第二點相同。由于中子泄漏增加,使反應性有很大下降,這就是所謂的空泡效應。
在氣冷堆的情況下,由于多普勒效應的作用,燃料給出了負的溫度效應。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。
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