可溶性中子毒物

布置在堆芯內，主要用來吸納較大的初始後備反應性、加深燃耗和展平中子注量率分布的固體中子毒物。如硼的化合物。隨著反應堆運行，可溶性中子毒物因吸收中子逐漸減少，被其吸納的後備反應性將又逐漸釋放出來。又稱為可燃毒物。

基本介紹

• 中文名：可溶性中子毒物
• 外文名：Soluble neutron poison
• 學科：反應堆物理分析
• 其他領域：反應堆控制
• 別稱：可燃毒物
• 相關概念：反應性

相關介紹

在動力反應堆中，通常，新堆芯的初始剩餘反應性都比較大。特別是在第一個換料周期的初期，堆芯中全部核燃料都是新的，這時的剩餘反應性最大。如果全部靠控制棒來補償這些剩餘反應性，那么就需要很多控制棒，而每一控制棒(或棒束)都需要一套複雜的驅動機構。這非但不經濟，而且在壓力容器封頭上要開許多孔，結構強度也不許可。如果全部依靠増加化學補償毒物(如硼酸)濃度來滿足要求，那么硼濃度可能超過限值、從而使慢化劑溫度係數出現正值。尤其是在輕水反應堆中，這個問題更為突出。為了解決這個問題，可以採用控制棒、可燃毒物與化學補償毒物三種方式的聯合控制，以減少控制棒的數目。

性質

可燃毒物材料要求具有比較大的吸收截面，同時也要求由於消耗了可燃毒物而釋放出來的反應性基本上要與堆芯中由於燃料燃耗所減少的剩餘反應性相等。另外，還要求可燃毒物在吸收中子後，它的產物的吸收截面要儘可能地小；要求在堆芯壽期末，可燃毒物的殘餘量應儘可能少，以免影響堆芯的壽期最後要求可燃毒物及其結構材料應具有良好的機械性能。

套用

根據以上的要求，目前作為可燃毒物使用的主要元素有硼和釓。它們既可以摻加到燃料棒中和燃料混合在一起，也可以集中起來單獨做成管狀、棒狀或板狀兒元件，插人到燃料組件中。在壓水反應堆中套用最廣泛的是硼玻璃。到堆芯壽期末，硼基本上被燒盡。殘留下的玻璃吸收截面比較小，因此對堆芯壽期影響不大。可燃毒物部件通常做成環狀(如圖8-11(a))。為了提高硼的燃耗程度，最近西屋公司採用了濕式環狀可燃毒物棒(WABA)和塗硼燃料原件(IFBA)，即在二氧化鈾芯塊的外表面上塗上一層薄的硼化鋯。目前，壓水堆中還採用在二氧化鈾燃料棒中摻加氧化釓(Gd2O3，含量可達10%)作為可燃毒物。釓是一種非常良好的可燃毒物材料。通過控制含可燃毒物的新燃料組件的數量及其所含可燃毒物的燃料元件的數目以及含可燃毒物組件在堆芯內的布置可以用來控制堆芯功率的分布。

可溶性中子毒物

作用

可燃毒物主要有兩個作用：功率峰值控制和慢化劑溫度係數的控制。目前國際輕水堆核電廠堆芯中採用的可燃毒物有碳化硼、硼矽玻璃、氧化釓和硼化鋯等四種類型。碳化硼可燃毒物以西屋公司的濕環形可燃毒物(WABA)為例，由Al2O3-B4C環形芯塊封裝在兩個同心鋯合金管內，端部用端塞密封焊接製成棒狀可燃毒物；硼矽玻璃可燃毒物是將硼溶解在矽酸鹽玻璃中，拉製成玻璃管狀，外殼用不鏽鋼包覆而製成棒狀毒物；氧化釓和硼化鋯是屬於整體型可燃毒物，它與核燃料做成一體，例如將三氧化釓和二氧化鈾粉末壓制、燒結成帶可燃毒物的燃料芯塊；而硼化鋯毒物是將硼化鋯噴塗在燃料芯塊表面上形成一層薄的ZrB2可燃毒物層。然後將這些整體燃料封裝在鋯合金包殼管內製作成可燃毒物棒。

發展

20世紀80年代以前，在壓水堆中，可燃毒物一般只用於第一個堆芯壽期中，因為從第二個堆芯壽期開始，堆芯中大部分的燃料是已燃耗過的燃料，這時，堆芯的初始剩餘反應性已顯著地減小，沒有必要再用可燃毒物了。但是，80年代以後，普遍發展了低泄漏裝料方案。由於新燃料組件被放在堆芯內區，使堆芯的功率峰增大，這樣，在每個堆芯壽期中都必須採用相當數量的可燃毒物棒來抑制功率峰以滿足設計的要求。