反應堆物理設計是項目中系統的中子物理特性。
基本介紹
- 中文名：反應堆物理設計
- 發現時間：1940年
就某個具體反應堆工程項目來說，反應堆物理研究的對象就是這個項目中系統的中子物理特性。例如，某個反應堆設計、建造和運行中的物理問題。具體的反應堆物理設計工作分階段進行：
(1)在提出一項新的反應堆設計任務後，先要選擇物理方案。主要是從反應堆物理性質，即從反應堆內燃料、結構材料、冷卻劑和/或慢化劑堆芯布置及與其對應的有效增殖因數、臨界質量、反應性、燃耗和各種反應性溫度係數等物理特性，結合反應堆的熱工-水力學參數、禁止及控制等因素作參數性研究，其中特別要重視安全問題，如儘可能使各種反應性係數值保持較大的負值。在這一階段，反應堆物理參數分析工作是在眾多因素中起關鍵導向作用的。
(2)選定了一種或少數幾種方案後，便開始進行具體設計。在這階段中，主要研究的物理特性還是前一設計階段中那些參量，例如臨界參數、功率分布、動態參數、控制特性、增殖性能以及禁止性能等。但要求弄清細節問題，要求有更高、更精確的結果。在詳細設計結束時，能給出具體結果，以便安排堆內部件的加工。在這階段工作中，中子注量率的空間分布和反應堆內中子平衡是兩大關鍵。前者決定了整個反應堆內發熱分布及各部件內熱工狀態；後者與整個反應堆的反應性、反應性控制及燃料增殖性能有關。
(3)反應堆建造完畢後，就進入運行階段。第一步是物理起動。物理起動時要對反應堆的物理性能進行測量，確定各種物理特性，保證反應堆的安全有效運行。當反應堆投入正式運行後，要進行燃耗研究，改進燃料管理方式，儘可能通過展平功率增加出力及提高平均燃耗來降低動力反應堆的發電成本。在整個反應堆的運行中，反應堆的安全監督及安全保證工作是極其重要的，特別是要防止由於反應性快速變化而造成中子注量率及功率快速上升的瞬變過程。
反應堆的安全特性在很大程度上取決於反應堆的物理特性。例如，對於壓水堆核電廠，當由於某個外界擾動造成功率上升時，冷卻劑的溫度上升；由於冷卻劑的負反應性溫度效應，造成反應性下降，從而迫使功率回降。所以它有一種負反饋效應，能在一定程度上對反應堆的穩定運行起保護作用。反應堆物理設計除了要保證反應堆具有良好的運行安全特性外，還要考慮在各種事故工況下反應堆的物理狀態，防止出現可能危及公眾和環境的重大事故。
簡史 早在1940年，E.費米(Fermi)等人在美國籌建世界上第一座反應堆時，熱中子反應堆物理研究工作就已開始。但直到60年代初期，由於中子微觀截面數據不齊全及精度不高，電子計算機處於開始套用階段，能力較弱，而理論模型又過於簡單，熱中子反應堆物理仍處於待完善的階段。用理論計算法得出的反應堆物理特性與實驗不太相符，所以仍需通過大量模擬實驗或零功率裝置實驗來為物理設計提供可靠依據。隨著核截面數據不斷完善、電子計算機在速度和容量上的發展、理論模型的逐漸完善及已有大量可比實驗結果的存在，熱中子反應堆物理的大部分問題都可以用理論計算方法來解決。但是在進行與安全有關的多維時空動態、新型熱中子反應堆和釷-鈾循環研究時，實驗反應堆物理仍占有一定地位。
快中子反應堆物理情況稍有不同。快中子反應堆的物理特性要比熱中子反應堆複雜得多。現階段還不能依靠理論來解決快中子反應堆堆芯及安全特性的全部工作，仍需通過反應堆物理實驗進行研究。所以在快中子反應堆領域中，反應堆物理理論和實驗兩方面仍有待進一步發展。
