1、反应性系数,在反应堆运行时，运行参数，如功率、压力、温度以及堆芯内空泡等变化时，堆芯的反应性也发生相应的变化。必须通过某种补偿手段来维持反应堆在相同功率下运行。如调节控制棒和硼浓度等。反应性系数定义为，反应堆的反应性随某给定参数的变化率。堆内重要的反应性系数有：燃料温度系数、慢化剂温度系数、空泡系数以及压力系数等。对反应堆安全运行有实际意义的是反应性功率系数。,温度效应,堆芯温度及其分布的变化将导致下列参数的变化：燃料温度变化 多普勒效应，温度升高使得燃料的共振吸收增加,水密度的变化 堆芯温度变化导致慢化剂密度变化，这将导致水的慢化能力和慢化剂中子吸收发生变化，从而导致中子能谱发生变化.中子截
2、面变化 反应堆任一组分的中子微观截面都跟能谱有关，堆芯温度变化时，堆内所有核素的微观截面也将改变。可溶硼溶解度的变化上述变化都将影响反应堆内的中子平衡，从而导致反应堆反应性的变化。这种现象称“反应性温度效应”，简称“温度效应”,反应性温度系数,定义为单位温度变化所引起的反应性变化： PWR工程中以pcm/ oC 为单位温度系数可能为正，也可能为负压水堆物理设计的基本准则之一，便是要保证温度系数必须为负值,压水堆所以安全，从物理上讲，反应堆设计具有负的温度系数，所以这类反应堆具有一定的内在的自稳性。温度系数分为燃料温度系数和慢化剂温度系数。,负温度反馈及其反应堆的自稳特性,温度效应的物理成因,燃
3、料温度系数,由单位燃料温度变化引起的反应性变化称为燃料温度系数。燃料温度反馈是瞬发的，因此对反应堆安全极为重要。燃料温度效应主要是由燃料核共振吸收的多普勒效应引起。由于反应堆内燃料温度及其变化都是不能测量的，因此，实际工程中更多地使用Doppler功率系数来表征燃料温度系数的大小，即单位功率变化时由燃料温度效应所引起的反应性变化量。,低富集铀燃料中，温度升高导致的铀-238吸收共振峰的展宽是主要的，铀-235裂变共振峰展宽的影响相对较小。温度升高多普勒效应的结果使有效共振吸收增加，逃脱共振俘获概率减小，有效增殖系数下降，就产生了负温度效应。则燃料温度系数可以表示为：,多普勒效应,自屏效应,燃料
4、温度升高时，多普勒效应使得共振峰展宽，吸收概率发生变化。共振峰展宽说明共振能量的中子被吸收前进一步穿入燃料。但是238U足以吸收所有共振能量的中子，能量在共振峰附近的中子，基本被吸收。因此温度升高时，共振峰左右的中子更多地被吸收。而且这些中子的能量在1.1MeV以下，不能引起238U裂变，所以裂变链中中子损失增多，引入负的反应性。,典型的压水堆中，能量为6.7eV的中子，燃料富集度为3.0%情况下，吸收平均自由程为0.0063cm，燃料芯块的直径为0.82cm，中子在5倍平均自由程=0.0315cm的时候，中子被吸收的概率为99.3%。即共振峰附近的中子很难到达芯块的中心。,燃料温度系数随燃料
5、温度的变化,多普勒功率系数,）由于裂变气体的产生引起燃料芯块和包壳之间气隙热导率的变化，导热率会随着燃耗的加深而降低，使得燃料温度在任一功率水平下变得更高，使得燃料温度系数负得越大； ）钚的产生和积累，在以低富集铀为燃料的反应堆中，随着反应堆的运行，钚-239和钚-240不断地积累。钚-240对于能量为1eV的中子有很大的共振吸收峰，它的多普勒效应使燃料负温度系数的绝对值增大。 ）燃料包壳之间空隙的减小，这是一个非常重要的因素由于燃料经中子辐照后，芯块会发生肿胀，包壳也会发生蠕变这将使燃料包壳之间的空隙减小，燃料的导热率增大，该效应使得多普勒温度系数随燃耗的加深变得没有以前那么负在BOL时，从
6、0-100%功率，燃料升温为555 在EOL时，从0-100%功率，燃料升温为444 ,慢化剂温度效应,慢化剂温度变化一度所引起的反应性的变化称为慢化剂温度系数。慢化剂温度效应是一种缓发的效应。慢化剂中可溶毒物的多少对慢化剂温度系数有重要影响。慢化剂密度随慢化剂温度的升高而下降，因此慢化剂温度的增加会引H2O/U的减小。,慢化剂密度变化,对快裂变因子的影响慢化剂密度密度减小时，中子慢化受到影响， 增大，但与逃脱共振俘获概率与热中子利用系数相比，该影响非常小，可以忽略。对不泄漏概率的影响慢化剂密度减小，慢化效果减弱，则热中子与快中子的不泄漏概率随温度增加而减小，是一个负效应,对热中子利用系数的影
7、响,对逃脱共振俘获概率的影响慢化剂密度减小，慢化能力减弱，则中子在两次碰撞间平均穿过的距离变大，能在超热区穿过更多的燃料，被U-238或Pu-240吸收的概率增大。,慢化剂温度增加， H2O/U减小，f增大，因此慢化剂温度对于热中子利用系数是正效应。,慢化剂温度系数,综上所述，慢化剂温度升高，密度减小时，引起了两个相反的效应。慢化剂温度系数的正负主要由这两个方面的效应来决定。也即，慢化剂对中子的吸收与慢化哪个处于主导地位。慢化剂温度系数是正还是负，取决于慢化剂对中子的吸收与慢化。keff 与H2O/U的关系可以分为两区：过慢化区和欠慢化区，最佳值为分界点。,最佳值的右边是过慢化区，以热吸收为主
8、，在这个区随着温度增加，慢化剂热吸收减小引入的正反应性多于共振吸收增加引入的负反应性，T 为正。左边是欠慢化区，随温度增加，逃脱共振俘获的减小大于热吸收中子利用系数的增加，T 为负,硼浓度对T 的影响,反应堆运行中，主要是由溶解在冷却剂水中的硼酸浓度进行控制，控制棒只是起辅助作用。硼对热中子利用系数影响很大,温度升高时，慢化剂密度减小使得一部分水和硼从堆芯中排挤出来。由于硼对于f的影响非常大，硼排挤得多了，对于T 负得更少。当硼浓度足够高时，T 可能变为正的。所以硼浓度的增加使慢化剂温度系数朝正的方向变化，负得更少一些。,T与硼浓度的关系,慢化剂温度对T的影响,慢化剂在低温时，密度变化不大，慢
9、化剂中的硼原子数变化也不多。但在较高温度下慢化剂密度变化速度加快。使得T增大。在低温情况下，容易出现正的慢化剂温度系数,控制棒对T 的影响,控制棒插入时，慢化剂温度系数更负将控制棒看成是中子的泄漏边界。当慢化剂温度增加时，水的慢化能力降低，所以中子徙动长度增加，使得中子的泄漏增加。,空泡系数,所谓空泡，就是压水堆中水的局部沸腾所产生的蒸汽泡。空泡系数指冷却剂的空泡百分数变化百分之一所引起的反应性的变化。,空泡增大时，有如下效应：冷却剂的有害中子吸收减小(f增大)，正效应。中子泄漏增加(徙动长度变大)，负效应慢化能力变小，能谱变硬。对于压水堆，空泡系数一般为负的。,压力系数,压力系数是由一回路中
10、压力变化引起的反应性变化，压力单位为Pa。当压力增大时，会引起慢化剂和冷却剂的密度变化。如果冷却剂内无硼，压力系数对反应性稍微有正的影响，当硼浓度较高时，有负的影响。压水堆一回路压力变化6.9105Pa所引起的反应性变化与慢化剂温度变化0.55所引起的反应性效应相同。,功率系数,功率反应性系数：单位功率变化所引起的反应性变化。体现了燃料温度效应、慢化剂温度效应和空泡效应等的综合效应。总功率系数是单独的多谱勒、慢化剂和空泡功率亏损之和。从寿期初到寿期末期间，总功率亏损是增加的，因为慢化剂功率亏损是增加的。,功率亏损,功率系数的积分值，即为功率亏损。在功率提升时，必须向堆芯引入一定量的正反应性来补偿由功率亏损引入的等量负反应性。,功率亏损,
