中子通量的局部效應主要受到燃料富集度分區布置、控制棒對中子通量分布的擾動、水腔對中子通量的擾動的影響。
基本介紹
- 中文名：中子通量的局部效應
- 燃料富集度分區布置
燃料布置對功率分布影響很大。壓水堆通常把燃料元件以適當的柵距排列成為柵陣，並且用不同富集度的燃料元件分區布置。圖2-5是壓水堆三區布置時的歸一化功率分布，為了功率展平，通常Ⅰ區的燃料富集度是最低的，Ⅲ區的富集度是最高的。在實際的換料程式中並不是一次全部換料，而是把新換進去的燃料放在Ⅲ區，原來Ⅲ區的燃料往裡挪到Ⅱ區，Ⅱ區的再挪到Ⅰ區，在Ⅰ區燒過的達到額定燃耗的乏燃料換出；來進入乏燃料儲存池。燃料元件採用分區布置後，在半徑方向上的功率分布已經不是零階貝塞爾函式分布了。目前在壓水堆中，由於材料的發展，燃耗深度已經從過去的33GMW/TU提高到45~60GMW/TU甚至更高，換料周期從12個月換料變成18個月或24個月換料，因此在壓水堆中出現了從內到外三區、從外到內三區、外-內交替和低泄漏四區等各種不同的換料方案。其燃料方案對中子通量分布和功率分布都有較大影響。
2.控制棒對中子通量分布的擾動
控制棒的布置對功率分布影響也很大。幾乎所有反應堆都有控制棒，它對堆芯功率分布的影響可以由圖2-6進行分析。圖中的虛線是沒有控制棒情況下的徑向功率分布，在均勻堆情況下是零階貝塞爾函式分布；圖中實線所示是在堆中插入控制棒後的徑向功率分布。由於控制棒是熱中子的強中子的強吸收材料，在控制棒附近使得中子通量下降很多，因此把控制布置在反應堆的合適位置，可以得到比較理想的功率分布。
控制棒對反應堆的軸向功率分布也有很大的影響。通常控制棒可以分三大類，即緊急控制的停堆棒、功率調節和溫度調節的調節棒和補償反應性緩慢變化的補償棒。停堆棒在正常運行工況時在堆芯的外面，只有在需要停堆的時候才迅速插入堆芯。補償棒是用於抵消壽期初大量的剩餘反應性的。如圖2-7所示，在壽期初，補償棒往往插得比較深；而在壽期末，隨著燃耗的加深，補償棒慢慢地拔了出來。這樣，在不同的壽期產生了堆芯功率不同的軸向分布。
實際上，各種不同形狀堆的堆內中子通量分布並不完全是理想的情況。因為堆內總插有一定數目的控制棒或其他管道，這些控制棒或管道的插入都勢必使堆內中子通量場發生擾動。圓柱反應堆在無控制棒擾動情況下，徑向是貝塞爾分布，軸向是餘弦分布。當堆內插入控制棒以後，由於棒對中子的強烈吸收，使徑向和軸向的中子通量分布就發生了畸變。徑向在插控制棒的地方出現凹陷，軸向在棒插下過程中，使餘弦的分布凸峰位置移動，位移的情況取決於棒的插入深度。
當棒插入堆芯後，軸向的中子通量峰就開始向下移動；棒不斷往堆內下插，軸向的中子通量凸峰就不斷下移；當中子通量峰下移到一定位置，棒再繼續向下插時，凸峰就開始回升。當插入堆底時，中子通量峰又回到了一開始的位置。在維持同樣功率的前提下，由於控制棒是一種中子強吸收體，又由於中子擴散規律是密度高的地方的中子向密度低的地方流動，這種現象的出現是必然的結果。
控制棒插入不同深度對軸向中子通量分布的擾動，對於反應堆的運行安全與提高功率都有直接的影響。由於控制棒的插入使得堆內軸向中子通量分布更不均勻，在中子通量凸峰處燃料元件局部過熱，容易造成元件事故，由於中子通量不均勻性的提高，堆的平均功率也也應降低，所以了解控制棒對軸向中子通量場擾動的規律，並採取措施限制或減少這一擾動，對於堆的安全運行，無疑是重要的。
3.水腔對中子通量的擾動
在堆內由於各種原因常常出現水腔或水隙，如充水管道、元件盒間的水隙、控制棒提升、元件盒的換料等。這些水腔的出現，將嚴重影響水腔中及水腔周圍的熱中子通量分布。這主要是因為水的良好慢化作用使得水腔中熱中子急劇增加而形成熱中子通量峰，從而使得水腔周圍的熱中子通量也提高了。對於水堆，由於元件的柵距比較小，因此水隙中的中子通量峰也把元件表面的中子通量拉了上去。燃料元件表面最大熱負荷在設計時就有一定的限制，所以元件表面中子通量的升高，使元件表面熱負荷增大，而出現熱點，易於造成元件事故。所以從安全形度講，要避免出現這類事故（如控制棒附帶有擠水棒以防提升後形成水腔等）。
