第讲堆芯材料选择和热物性

本章主要探讨的是堆芯结构材料。堆芯结构材料应能够在保证反应堆的安全的同时，满足反应堆的经济行要求。从安全角度出发，由于材料的使用条件极其苛刻，这就要求材料具有较高的抗动载荷能力，例如热应力、强振动、高辐射等等。实际工程中选择堆芯材料要考虑的因素很多，诸如强度、塑性、工艺性、热应力及交变应力作用下的抗疲劳性、辐射稳定性、腐蚀稳定性、导热性、材料之间的相容性以及对中子的吸收截面等等。第二章堆芯材料选择和热物性1堆芯结构材料包括：1)燃料元件用材料：燃料芯块材料、燃料包壳材料、燃料组件和部件材料、导向管材料；2)慢化剂；3)冷却剂；4)反射层材料；5)控制材料：热中子吸收材料及控制棒材料、控制棒包壳材料、控制棒构件、液体控制材料；6)屏蔽材料；7)反应堆容器材料。2第一节核燃料 可用作核燃料的元素不多，233U、235U、239Pu、241Pu的热中子裂变截面较大，其中233U、235U、239Pu已被用作核燃料。 235U是存在于天然铀矿中的核燃料。在天然铀中，大量存在的是238U，约占99.28%，235U的含量大约只占0.714%，其余的约0.006%是234U。 235U和239Pu是在生产堆中用人工方法获得的两种核燃料。它们分别是由232Th和238U俘获中子而形成的。其中239Pu是核弹头的主要材料。3 241Pu的半衰期短，放射性强，裂变截面大，在反应堆里面的积累量很少，所以很少单独提取。另外一些超钚元素具有裂变材料的重要特点，适合于作为小型核武器和氢弹的引爆材料，它们是镅-242、锯-245、锯-247、锎-249和锎-251等。 选择燃料时应考虑的几个条件，最重要的是中子吸收截面，一般对快中子的吸收截面要比热中子的小。其次是燃料密度，通常希望燃料密度大，但是为了改善纯金属铀的物理性质，曾试用合金燃料。还应考虑，组成燃料元件的物质是否容易获得，加工制造和后处理是否困难，以及耐腐蚀、耐高温、耐辐照的性能如何等重要因素。现在的商用核电厂多采化合物形式的陶瓷体燃料。4一、核燃料分类易裂变材料：铀-235，铀-233和钚-239可裂变（可转换）材料：钍-232和铀-238固体核燃料：金属型（包括合金）、陶瓷型和弥散型。液体核燃料：核燃料与某种液体载体如水溶液、低熔点的熔盐以及液态金属等均匀混合。5固体核燃料的性能要求(１)具有良好的辐照稳定性，保证燃料元件在经受深度燃耗后，尺寸与形状的变化能保持在允许的范围之内；(２)具有良好的热物性(熔点高，热导率大，热膨胀系数小)，使反应堆能达到高的功率密度；(３)在高温下与包壳材料的相容性好；(４)与冷却剂接触不产生强烈的化学腐蚀；(５)工艺性能好，制造成本低，便于后处理。6金属铀和铀合金金属铀：主要优点：密度高（＞18.6克/厘米3）；热导率大；工艺性能良好。主要缺点：1、熔点低，而且熔点以下具有三种同素异形体，分别称为α相（<668℃）、β相（668~774℃）、γ相（>774℃），各具有不同的结晶构造。从一个相转变为另一个相，铀的若干性质要发生急剧的变化，这在反应堆内是不允许的；2、辐照稳定性差，有辐照生长和辐照肿胀现象。7铀合金： 在铀中加入适量的钼、锆、硅等元素，制成铀合金，可提高铀的辐照稳定性，同时还能改善其而腐蚀性能。但是即使采取了这种措施，铀合金的辐照稳定性仍然比较差。后来由于性能更加良好的陶瓷型二氧化铀获得较快的发展，因而铀合金在动力堆中没有被广泛采用。8陶瓷型材料——二氧化铀1、主要优点：１)耐辐照：二氧化铀没有同素异形体，在熔点(2805℃)以下的整个温度范围内，只有一种结晶形态，并且是各向同性的，不可能发生象金属铀那样的长大现象。２)二氧化铀的高熔点的特点大大扩大了它的使用温度范围，它为现在和将来先进的动力反应堆提供了达到高的热效率的可能性。9３)在高温水和液态钠中具有良好的耐腐蚀性能。即使在反应堆运行期间燃料元件包壳出现某种缺陷，二氧化铀也不会和冷却剂发生剧烈反应，因而可以减轻由包壳破损造成的污染后果。４)与包壳材料(如锆-2、锆-4和不锈钢等)和冷却剂材料的相容性好。10陶瓷型核燃料——二氧化铀主要热物性：1、熔点：未经辐照的二氧化铀熔点的比较精确的测定值是2805±15℃。辐照以后，随着固相裂变产物的积累，二氧化铀的熔点会有所下降，燃耗越深，下降得越多。熔点随燃耗增加而下降的数值约为：燃耗每增加104兆瓦·日／吨铀，熔点下降32℃。2、密度：二氧化铀的理论密度是10.98克／厘米3，但实际制造出来的二氧化铀，由于存在孔隙，还达不到这个数值。加工方法不同，所得到的二氧化铀制品的密度也就不一样。113、热导率：密度为95%理论值的冷压烧结二氧化铀，其热导率通常用下述公式计算12陶瓷型核燃料——二氧化铀其它密度下的烧结二氧化铀的热导率可用下述公式计算式中kp——带孔隙的二氧化铀的热导率，瓦／(厘米·℃)；k95——95%理论密度的二氧化铀的热导率，瓦／(厘米·℃)；ε——燃料的孔隙率，即燃料芯块中的孔隙占燃料芯块体积的份额。13陶瓷型核燃料——二氧化铀燃耗对二氧化铀热导率的影响(温度低于500℃)未辐照的二氧化铀的热导率随温度的变化14陶瓷型核燃料——二氧化铀4、比热在25℃＜t＜1226℃的情况下在1226℃＜ｔ＜2800℃的情况下在上面两式中，cp的单位是焦/(千克·℃)，ｔ的单位是℃。

15陶瓷跟型核印燃料——钚、偶铀混竹合物钚、违铀氧对化物(U粘O2+P购uO2)优点剂是熔怕点高墙，有直良好吵的辐脑照稳慢定性洽，同懂包壳惧和冷获却剂秋的相胆容性裕好。其缺火点是波金属尚原子提密度鲜低。碳化乐物(UC歇+P恋uC)具有男较高丑的金馆属原沾子密项度，评在快碑堆中返使用硬它可系以得面到更赏高的超增殖贫比。天此外碗，Ｕ壤Ｃ的门热导献率比UO2的热屯导率饲大得窜多(前者粉约是青后者前的五牌倍)。这迟类燃编料的梨缺点风是在塔高温纵辐照形下会倡发生听严重栗肿胀模。氮化别物(UN天+P则uN)在使雁用温险度低常于12孝50栋℃的情款况下阶，燃比料和粒包壳套的相谎容性毫较好榜，辐则照引圆起的负肿胀列也不虚象碳卧化物御那样蒜厉害雁等。金但是贱氮-1龙4会俘口获中舍子。16弥散直型核哲燃料概念算：把衣陶瓷狭型燃蚁料颗纠粒用竭机械洒方法晒均匀殊地分导布在摇非裂趴变材智料基揉体中颜，这轮样形顿成的毁一种忍燃料晋称为衣弥散氏体燃耕料。尼所采够用的潜基体宅材料搜，可系以是港金属雅，如穴铝、宜不锈彩钢、侍锆合能金，驻也可挺以是加非金启属，铸如石芦墨。族高温径气冷做堆使务用由折氧化萄物或吼碳化着物做太成的午包覆盖颗粒唯燃料巨在石蛾墨基笑体中闸的弥渗散体吸。优缺象点：分弥散直体的远各种降性质唇基本候上与运基体络材料崖相同豪，它秋通常脊具有堤耐辐倚照，嗽耐冷翁却剂木腐蚀哲，导载热性诊能好锐和较纠能承木受热抬应力莫等优授点。渔其缺佩点是够基体寨材料怪所占荒百分位比大进，必瓦须采辰用浓把缩铀桂。17弥散违型核裙燃料热物境性：惠弥散微体的阿比热晚是通已过把链弥散塑体各甚个成眯分的培比热糟与弥羡散体忘各个饮成份哈所占屠的比予例按眼线性弦关系痰组合乏求得沉的。凑密度盾可以以用同柄样方业法求悲得。史热导魄率可祥以用萌雅各款布(Ja辽ko臂b)推荐猾的方糟程进份行计生算，煎该方享程为岭：式中kd——弥散扩体的目热导杏率，点瓦／(米·℃溪)；ks——基体闭的热触导率介，瓦仔／(米·℃岸)；kdp——弥散瘦颗粒滔的热恨导率掉，瓦缸／(米·℃健)；Vs——基体静的总边体积陶，米3；Vdp——弥散稳颗粒深总体雹积，难米3；；18第二强节丙包壳哪材料选择觉包壳怜材料急，必暂须综飞合考进虑下增列因靠素：(１)具有塑良好出的核欧性能详，也粗就是凳中子趟吸收融截面异要小虫，感痰生放拳射性棋要弱超。(２)具有么较好材的导唉热性百能。(３)与核善燃料遗的相限容性养要好饶，也相就是悬说，锈在燃顾料元功件的型工作少状态秒下，锋包壳抛和燃社料的陷界面哗处不里会发妄生使鞋燃料滋元件撒性能俯变坏财的物艺理作国用和率化学皮反应哨。(４)具有岂良好震的机埋械性膨能，浴即能明够提罪供合芽适的甩机械宰强度射和韧醒性，刮使得维在燃碧耗较恐深的傲条件纠下，勉仍能贿保持产燃料吓元件煎的机遵械完掏整性磨。(５)应有鲜良好村的抗厉腐蚀衬能力研。(６)具有轧良好腔的辐浊照稳暗定性抄。(７)容易绩加工丹成形谅，成激本低姓廉，蛙便于符后处暮理。19锆-2和锆-4这两璃种合侮金除夹了吸扰氢性租能外限其余贸性能买都很禾相似蛋。它蹈们的热中傲子吸古收截侨面小，在宽高温镰高压瞧去离遵子水峡和蒸舌汽中耐腐泼蚀性哈能好，在冲目前孙水冷橡动力企堆所删采用滨的运墨行温墨度和芹压力筒下有适叙宜的渗强度柱和韧酱性。锆-2和锆-4合金珍在水塔堆应竹用中泉的唯正一不蒸足之锡处是使有吸氢印脆化永趋势，当含燃料呈包壳匪内的漫氢含染量达注到一悟定限泳度后毕，包认壳的历机械抓性能似就会肉明显痕地恶角化，梨发生静所谓闸吸氢阿脆化兼现象保，限抓制了蹄包壳率在堆枣内的悟使用艺寿命胆。与泳锆-2合金益相比协较，歼在相扔同条恳件下堤，锆-4合金肤的吸蚁氢率真只有籍锆-2合金轨的1/母2—位1/行3，这贱是锆-4合金庆优于侄锆-2合金增的主没要之节处。包壳圆材料——锆合辣金20（1）热回导率锆-4合金姻的热甲导率锆-2合金凯的热权导率或者取统一川采用免下式读计算包壳米材料——锆合断金21（2）比坊热锆-2合金器的比关热当t=种0-妹63回3℃时当t=压63芹3-筋81劲3℃时当t=悟97额2-赚10逼50℃时锆-4合金锯的比帽热当0＜t＜75各0℃时当ｔ辟＞75卵0℃时取包壳哪材料——锆合替金22包壳庆材料——不锈志钢和伸镍基白合金在水违冷动简力堆星发展缓的初坡期，肥曾采或用不况锈钢挂作包日壳材远料。某它们睁对水任、液岛态金梁属和嗽气体宁都有麻良好脑的抗腐腐蚀殃性能割。但猪是自症从锆灯合金杆研制坐成功戴并有拖足够阳的产事量以科后，志由于描锆合伞金的浓热中愚子吸丈收截散面比键不锈澡钢低海，机疗械性敬能，谋物理含性能父和抗艳腐蚀挑性能何又都渡和不阳锈钢滋相近爽，因兽而，分它就淹逐渐扯取代尖不锈伏钢而石得到良优先幼选用游的地碎位。23包壳赴材料——不锈滩钢和先镍基咬合金在快米中子洒堆中枣，因隶为能计谱硬蚊，结著构材便料中抬子吸喷收截传面小嫂，中获子的努损失逐不大续，所段以在巨选择共快堆露的包怜壳材启料时国主要系是考时虑材叫料的宪高温良性能玩和抗适辐照冻操作奶性能刮。目揭前多凉采用竿奥氏迈体不备锈钢搭，有粮时也抄使用涨镍基迁合金搞。这违是因障为这袖些材硬料的绩制造垂工艺增成熟多，容脖易获奥得，坦价格愈也不冰太高正。在快屋堆中腹采用皆奥氏饱体不遵锈钢间和镍街基合华金也滨存在辟一些绝问题脆，这碌主要欢有：(i键)当快膀中子亮积分乐通量漆超过10境22中子今／厘最米2时材古料会地发生凝肿胀姓；(i译i)在高杨温下(6凡00不℃以上)有中少子辐考照脆呈化现怀象；(i披ii夏)裂变荡产物象对材把料有茂腐蚀吹作用材，例燥如碲忽的晶塔间腐得蚀等五。24第三沿节繁冷却全剂冷却室剂希统望具么有下页列特贼性：(１)中子朴吸收撤截面方小，魂感生剧放射竿性弱洁。(２)具有才良好宽的热皱物性(比热撕大，英热导孤率大蹲，熔欢点低冻，沸涂点高栗等)，以桐便从缘瑞较小锹的传手热面蕉带走锐较多碗的热滴量。(３)粘度辞低，垦密度哥高，徐使循脱环泵姿消耗快的功搬率小带。(４)与燃畜料和解结构线材料降的相御容性览好。(５)良好语的辐俗照稳碍定性项和热罢稳定狼性。(６)慢化名能力名与反盼应堆军类型欧相匹布配。(７)成本阅低，仅使用方方便脉，尽柔量避块免使尸用价宋格昂吊贵的拥材料硬。25冷却衣剂——水和黑重水水具姐有良编好的鄙热物枣性，毙价格峰便宜悠，使捕用方怎便，蛙所需世唧送遗功率环小，诸所以置用水府作慢况化剂发和冷绸却剂渠的轻抓水堆筛得到啊了迅尼速发近展。然用水购作冷数却剂哭的主臂要缺劫点是汇：(i医)水的卷沸点津低，侦为了恶使高杆温水蜂保持讯液态弊，一遥回路运设备己，包门括反砖应堆暂本体郊，须蜜在高玻的压撤力下骑运行裁；(i绞i)存在魔沸腾依临界崖问题钢，使分得提哨高堆星内释驶热功润率的贺可能膜性受怒到限翅制；(i吨ii山)水在开高温必下的眯腐蚀伏作用发相当为强，散因此住同高造温水趣相接像触的网设备迅和部服件须毛用耐桌腐蚀拢的高贴强度闭材料弊制造朝，如膜锆合潜金、溜不锈裕钢等授。重水鸣的性溪能除欧了中遭子吸切收截芝面很练小之临外，庸均与源轻水宝相近侨。重魄水慢逝化堆护采用耀重水故冷却毛剂的闲好处皱是：魄可以判减少颂核燃粮料的网装载现量或灶降低逮核燃蛮料的伪浓缩解度。哥使用域重水液的主螺要缺烫点是栗价格柴昂贵道。26冷却狭剂——钠主要辟优点乐：(１)极优殿的传皱热性崇能，包反应酬堆在围高热哨流工猎况下撒运行携时不干会产诞生象粱用水币冷却该时所蜓出现览的沸鼻腾临偷界问炼题。(２)熔点瞒低，证沸点董高，撞采用超低的棍系统钞压力思就可恼以得源到高蒙的冷喝却剂思温度痕。这经样既腰能获险得高听的动束力循鸭环效坏率，栏又不披致使晴反应钓堆壳督体和菠一回跟路系高统设崖备内剃的压锻力过今高，鱼从而下可降诵低设平备的培造价熄。(３)具有昨高的幼导电拳性和伯特别猪好的边流动挑特性渴，使漫系统扣中的危输运与问题聪变得唤比较毫简单剥，可县以应罩用完亮全密店封的场交流块或直妙流的脱电磁骑泵(当然是也可瞎以用云机械柿泵)。27冷却讨剂——钠主要坦缺点智：(１)钠与镜水会皇发生翻剧烈乡丰的反蓝应。昨如果逼反应迟是发如生在画一个甩有限舒的空悉间内丸，将孟会产鲁生爆弟炸。(２)温度读梯度腔质量学迁移批。温声度梯您度质兄量迁灵移是申指固巴体材踢料在肥溶解够度高咬的高刷温区贼被液售态金智属所留溶解隔，而愁在溶财解度焦低的拳低温每区内伞沉淀凯下来序所产黄生的跳质量垒迁移这。(３)金属倍的扩盒散结控合——自焊疫。在青液态狭金属昂系统睛中，长同类闯合金奔配合莫面上胶的扩刊散结般合是卡一个衬特殊是问题盯，自恨焊会语在低讽于焊俯接所仅要求地的温意度下舒发生启。(４)存在旦着由戚反应疏性正套空泡榨效应驾引起滨的控脏制与击安全配问题会。28冷却术剂——氦气主要占优点插：(１)与液弃体相股对照黑，气奇体的抽加热腥温度攀是不炊受压端力限叼制的者，中组子吸用收截拒面也蠢很低粗。(２)气体蕉的密华度小愚，慢尚化能练力弱雪，某井些气泊体也慕可以东用作蜡快堆精的冷张却剂雨。(３)氦气饲不活虽化，稳没有掠相变诉，又霜是惰散性气仁体。农纯净没的氦县，在礼高温劲下也源不腐弟蚀设细备和恋管道计。29冷却绣剂——氦气主要摊缺点斑：(１)比热训小，稼传热净系数勒低，授因而躬为了奥提高和气冷闷堆的盛输热夺能力碍，就作必须揪适当窃提高雹冷却粪剂流捐量。目因为肝这个体缘故慎，气盆冷堆覆消耗膊于唧括送冷蛮却剂级的功乘率十擦分可数观，终它的刊堆芯滴也没将有水臂冷堆器的紧梁凑。(２)价格溪昂贵魄，以尺及在绑维持胁一个哲不漏绸的高蚂压氦妄气系皱统方材面所挂遇到获的麻济烦，氏给使辛用氦差气增组加了薯许多忽困难爪。30第四骂节H2抗O的物断性水的规物性娘包括仁热力慢学性付质、旁输运奇性质鞭和其跪它性角质。蹲热力与学性租质包渴括温守度、蹲压力趋、比盯容、葡比热签、焓京和熵判，输指运性除质包怠括热姿导率菌、动吼力粘舰度和盘运动慨粘度永。其真它性签质有苍表面均张力打、普疗朗特扬数等此。19挠84年9月在钞莫斯晨科召翻开的申第十灶届国朽际水改蒸气扇性质岭会议凑上通排过了掀普通岁水三昆个国亮际骨扇架表露，并覆于19延85年11月由贴国际斜水蒸娘气性序质协漠会(I拨AP默S)公布网，即《1气98肉5I世AP逗S热力栗学性却质国川际骨派架表》，它矛包括斤包和派水和弄饱和秋水蒸催气的枕比容沫和焓惑骨架捷表，哪水和滩过热壳蒸汽阿的比殊容骨缓架表巨与水稳和过悲热蒸坝汽的斯焓骨狼架表鸦，温慨度范误围为27炭3.挽15营K~悦10析73土.1骗5K，压习力达科到10迈00栋MP僵a。丝式水物态性可商主要源参考崖由水蜻利电题力出提版社透出版宴，南疼京工所学院口钟史桨明等负著，飞清华户大学枕赵兆立颐审聋的《具有俗火用港参数醒的水云和水按蒸气圾性质眨参数茎手册》31水物终性查羽表计屈算由于驾水物劈燕性的天数据宪表只抬是一孕个骨疫架表蔑，计始算水辛物性绘时一妈般要颈用骨督架标梅上的吐数据毙进行贺插值搏计算烘。译插值惰计算方的方挡法有坝很多印种，讲比如矛线性却插值内、多网项式属插值边、样更条插冲值等连等。奥在反秋应堆埋热工歼计算摧中，汪通常颤采用导的是锋线性子插值慨，只免有在暂进度汤要求岛比较未高时粮，才矩有必奶要采配用样榨条插荷值或拨多项李式插蝇值。炕若采菌用多饱项式臣插值梨，一失般次迷数不梅会超查过三垃次多半项式戴。笑在进庸行插广值计裙算的蒜时候留要注奸意以利下几酷点：拌一是气尽可续能采丘用内聪插，徒因为巩骨架样表里者面的坚数据全没有或外推武性；勉二是殊不能哭用两扑相数用据插魄值，武如果逝插值枝点正楚好在危两相叶点附辛近，窑要采包用所渐在相以数据趟和饱过和态衡数据万进行且插值浩，因胶此通化常要斑先判砍断插炉值点司的状列态，兄即处端于液羞相还际是气芬相状诞态。32下面主以计脾算热陪导率调的线水性插雪值为竞例，煤来说猴明如胁何查抗表计致算水疼物性思。我们换记要顺查的耳点的篮基本础状态政为（p,钥T），武即压熊力为p，温届度为T，则许对应英的热电导率驾为k(妹p,凑T)。通场常在猛物性想表里举面不麦会有其那么昆巧刚浅好有缸（p,情T）点季的物钻性数显据，学否则捕就不随用插跌值了训，直倚接就让可以宿查到天所需园的数堡据了槽。在父物性本表里堵面没很有（p,春T）点孔的物歇性数肆据的暮时候镜，我锅们可其以查熊到它冒对应狗的前哈后左教右的具数据恨，如林表2-煎2所示垃。3334在表2-撞2中，T1抄<T求<T均2，p1否<p止<p嫌2，且粘它们着是物精性表凶里面耳紧挨汽着的长骨架机表数汽据，均这样础我们葱可以锣查到参四个被有用兼的数四据，舞即k1谣1、k1茎2、k2删1和k2狸2。通旅过k1讯1和k1吨2插值喊可以车计算粮得到k(丹T,障p1盗)，同绩样通禽过k2绢1和k2泛2插值岭计算患可以埋得到k(嘉T,仿p2叼)。再座由k(旨T,暂p1请)和k(骨T,陶p2德)进行平插值马计算咽就可蜡以得掉到我晴们所嫩需要杨的k(您p,茶T)了。35例题2-概1：求16喇MP降a，31胀0o纠C时水撒的热较导率控。36第二参步，俯由于惠表II安I-头1（6）中喂，30车0o饱C以上热相邻嚼的数种据就蹈是35硬0o熔C，因虚为不塔能两傍相插尺值，煌因此毫需要档计算趣饱和炎态Ts继=3彼47唤.2服3o汗C时的点热导奏率。3738作业1、常奴用的娇固体公核燃横料有宪哪些配？二咏氧化狗铀作犬为核给燃料各有什仗么优满缺点世？2、反曲应堆紧对冷辉却剂尤的要煮求是助什么伤？水止作为堤冷却罩剂，坏有什话么优室缺点宽？3、选其择反自应堆奴包壳沸材料久时，项必须恭综合赵考虑务哪些钳因素甲？有饿哪些盖常用折的包号壳材嫩料？39第五割节追反应睬堆的硬热源勉及其话分布一、核裂端变产闯生的提能量国及其朵在堆芯内在的分头布401、堆滥内的幸热源类型来源能量(兆电子伏)射程释热地点裂变裂变瞬间直接放出的能量裂变碎片的动能168极短在燃料元件内大分部裂变中子的动能5中在慢化剂内堆内各处瞬发γ射线的能量7长裂变后各种过程放出的能量裂变产物衰变的β7短大部分在燃料元件内,小部分在慢化剂内γ射线能6长堆内各处过剩中子引起的(n,γ)反应过剩中子引起的燃料，结构材料和冷却剂的（n，r）反应及其产物的r衰变能量过剩中子引起的(n,γ)加上(n,γ)反应产物的β衰变和γ衰变能≈7有短有长堆内各处总计≈20041不同龟核素仍所释半放的潜裂变庄能稳洲定值核素Ef(兆电子伏)核素Ef（兆电子伏）232Th196.2±1.1238U208.5±1.1233U199.0±1.1239Pu210.7±1.2235U201.7±0.6241Pu213.8±1.042堆内订热源渠的近役似空食间分替布裂变竟碎片循的射剖程最差短，址小于0.遇02牢5m局m，因肯此可狮以认预为裂失变碎呢片动惭能都黄是在爽燃料捷芯块么内热性能的护形式文释放四出来全的。葛裂变火产物滨的射懂线的舅射程真也很哀短，遗在铀欣芯块识内也棉就几秒个毫驼米，症它的伍能量手大部抽分也贯是在哲燃料术芯块代内释千放出轧来的阳。校因此骗，裂潜变能于的绝秀大部肺分在本燃料听元件绩内转涂换为水热能首，少错量在具慢化观剂内尺释放渣，通累常取97焦.4过%在燃认料元拴件内啦转换仆为热佛能。43从以鹅上的僻分析置可以羽看出肆，裂代变能誓的绝假大部章份是况在燃滤料元贼件内健转换条为热宣能的库，所执以输稀出燃溉料元存件内钩所产签生的献热量响的热窄工水衡力问盾题就秀成为取反应作堆设要计的喝关键恢之一折。堆瞒内热天源及顶其分列布还苏与时腹间有由关，欧新装构料、唐平衡责运行晴和停匆堆后纵都不伯相同渡。幸在缺超乏精徒确数车据的坚情况蝇下，半往往盲取燃恨料元盟件的核释热涌量占变堆总虾释热牌量的97论.4％；剃而在蜂沸水流堆中仁取燃菜料元蜘件的帖释热截量占骑堆总乌释热表量的96％。堆内脖热源榆的近此似空侨间分常布44核裂崖变率单位射时间给，单鉴位体梳积内补燃料姿内发劲生的卡裂变蝴次数骗，用恐Ｒ表宾示，士单位貌是（２云－１允）式中陈为膨热胁中子际裂变吸宏观割截面为避核荐子密灰度为焦热昂中子皱微观聪截面为中争子通企量密拖度45核子丢密度帆：单位并体积素内的与核子母数，赠用Ｎ模表示殃，单钞位为例：扮求趋中串的核宵子密芹度解：式中境是阿拴伏加锁德罗研常数萄，6.泼02芦2×／克征分子是瞧的树克分差子质播量是急在懒Ｕ中移的丰挥度（讨同位汇素核央数比愿）是定的沃密度4647体积泡释热餐率是置单位勒时间筝、单拣位体瓦积内楼释放陕的热衬能的答度量廉，也撕称为胞功率婆密度苦。要摄注意毙的是彻，体吗积释皇热率谷指的惑是已渠经转俩化为铜热能蹄的能齿量，托并不捎是在坡该体禾积单捕元内龙释放滩出的躬全部贡能量论，因举为有圾些能颤量（势例如β射线敬能）纽奉会在莲别的历地方按转化疗为热票能，谎甚至继有的读能量籍根本症就无斜法转搭化为还热能因加以祸利用旗。体积恋释热循率均匀拼化后溪堆芯够内的屋体积狸释热滋率为邀：48这样烟，根宿据体撇积释滔热率猪，我块们就副可以壮得到榜堆芯公的总宽热功敏率了山。49由于沈屏蔽万层、压各种袍结构临件和花冷却奥剂内缺等处末的释星热也渐是反培应堆恋总功怪率的假一部迈分，锤因此逗反应负堆总权热功型率为卡：50设堆平芯内耍单位章体积偶的释互热率讽为qv，则躁它的霜表达会式为喘：如果悄堆芯景的体罩积为V0（米3），愧则整茫个堆郊芯释丧出的兴热功沙率N0为：千瓦如果刚计入泽位于穗堆芯两之外帆的反施射层坐、热收屏蔽腿等的蜜释热谁量，则反去应堆皇释出讯的热凡功率接应为Nt体积形释热晃率及帽其分蹦布兆电包子伏/秒千瓦或者标：兆电灿子伏/秒51什么雹是均友匀裸赢堆？罩均匀赤裸堆篮是一阀个极中其简剪化的熟堆芯色模型况。首汪先假架设富座集度闪相同章的燃贵料均认匀分烧布在浸整个新活性蓄区内在，这浇就是差所谓估的均援匀；雀其次救是活抚性区敞外面某没有跳反射溜层，确也就劳是裸接堆的亦意思紧。均茄匀裸表对虽棋然做奖了这真样的鸡简化趴，但廊是在蔬进行齿理论闷分析猜的时鲜候还够是极权其有器用的兆。因摊为虽叔然实萄际的偿反应惭堆燃英料元介件在敢不同斧区的阔富集沿度是海不同疏的，睡而且匀由于层堆芯柱内有拢冷却雨剂和召结构欧材料屋的存却在，月燃料阀更不艇可能贤均匀宝分布咽；为献了更袋有效渗的利算用中倦子，供说有杰堆都贱是有遣反射桂层的戴，因族此实蛋际上妈的均虾匀裸去对是电不存汇在的虾。但极是由组于均显匀裸怖堆在惠很多蒸时候舒可以纯得到场理论阅解，收通过管对均磨匀裸脂堆的状分析疯，我出们可悔以从彩总体芹上把鬼握一铲个反筑应堆莫的各痒项特易性。均匀裙裸堆云释热艘率分爹布52下面葵我们锈来回伐顾一究下在趣反应虾堆物未理里馋面得率到的帆均匀准裸堆涨中子魂通量懒分布写的一缓些结率论。均匀灿裸对筹活性旨区热献中子猫通量革分布53均匀有裸堆先中子樱通量煌分布54目前芦绝大位部分箩的堆呈都采胞用圆粗柱形用堆芯美，圆疗柱形仅堆芯首的均嚼匀裸裂堆，授热中衫子通垦量分栗布在萄高度赢方向漫上为没余弦代分布呼，半贷径方触向上经为零踢阶贝程塞尔似函数瓶分布得。55在3-鞠15式里糟面，彼出现赴了外洪推高央度和涨外对守半径沿，在岸中子绵物理沫学里茎面都咬有详料细的侮介绍色。在平这了塑，我卧们做勾一些谦简单斗的回固顾。外推竭半径开示意仔图56有了责均匀触裸堆棵的热隔中子勉通量导分布请后，唉就可亿以得束到均幸匀裸愧堆的村释热阶率分耕布了侍。注意讯：这闭样得鞋到的以是把践全堆俯芯均辛匀化捉之后猴的结莲果，品若考雷虑元国件棒寸和慢控化剂叨的不古均匀霸分布茫，导兴致裂唤变能甜在不皂同的慌地方狱被不声同材威料吸加收而何转化贫为热帽能，跃裂变替能的智绝大扶部分挤在燃摊料元浪件内风转换毒为热领能，钥少量未在慢舟化剂暮和其缩慧它结佣构材趁料内废释放抗，则榜元件口棒内历的释层热率席为：57特别旋值得滔注意蜜的是历，堆啄芯内联的释船热率吵空间悠分布结是随分燃耗黎寿期粘而改课变的颂，在消对堆丙芯作野较详勇细的场热工蓄分析智时，让堆芯粮释热粉率分泽布也忆就是驰中子厕通量颤分布赵随寿狮期的好变化晋应有迎堆物精理计挨算得笨到。58堆内著热源粘及其威分布云与时期间的营关系一个刚启蔬动的新期堆，枯因为耳堆芯内内的长裂变型产物颠尚未爬达到句一定唤的数遣量，糖衰变派过程叉尚未黑达到匙平衡隔，所蚂以由结裂变年产物株产生梦的能晒量低视于上决表中肿稳定斥值。清在经狡过了稠短时辨间的趁稳定主运行浊之后疾，裂拌变能讲量才只达到装平衡团值。在停堆蛛后由于闪缓发灿中子读引起姜的裂莫变、遭裂变热产物拳及辐芽射俘治获产淋物的毫衰变嘴，堆佳芯内模还要狸继续府放出剥较多抄的热茎量。危也就障是说舒，一夕个反屯应堆浓在稳胃定运积行较匪长时距间后填停堆吩，功唐率不砖是立妄刻就早下降裹到零撑而是靠降到牲一个羽相当刊低的雷数值团（运鸽行功惭率的我６％赔左右锯），神而后议便从虫这个烧水平干继续困衰减那。59停堆徒后反室应堆心的功倘率：停堆管后热春源●剩义余裂览变功械率：纽奉缓发栗中子坟引起梨的核笋裂变●衰询变功犯率：部裂变晃产物惜的衰饭变和饿中子屈俘获最产物衰变60功率鞭随时嘉间关立系剩余吨裂变团产物蓬引起上：对轻剩水堆对重来水堆裂变键产物厕衰变匠引起豆：对不宝同的t，a和Ａ辫的值理是不仆同的柜，有迈数据刷可查愈．中子基俘获同产物丧衰变类引起纹：指写的旺衰变挺功率筑．61前面贞讲的椒均匀依裸堆窜的释旺热率熟分布迷能够换给我晴们一疮个宏男观的范功率耽分布炎图像蛛，在膨实际顷的反夏应堆确里面宝，由异于存尊在许哭许多术多的爱非均豆匀因命素，爹使得匪计算模实际贞的功疗率分妻布非绪常复澡杂，欲往往富需要漂大型会的物史理计违算程塌序计启算得忧到。穴下面搞我们壳从定科性的葛角度励出发窝，来健看看侨都有火哪些喉因素纳对功问率分妨布有抄影响刑。二、煎影响复堆芯圾功率炒分布痛的因满素62燃料俗布置惊对功御率分柿布的增影响63首先齿，燃谜料布售置对末功率适分布餐影响猛很大催。压俘水堆惹通常贷把燃逆料元告件以运适当堆的栅章距排挖列成榴为栅果阵，停并且荐用不饶同富呀集度鲜的燃闭料元虾件分表区布丛置。齿图3-奶9是压摘水堆亡三区迷布置刷时的上归一多化功昨率分异布，充通常I区的顶燃料泰富集蔬度是贵最低娇的，II浑I区的件燃料强富集长度最等高。推在实罩际的砖换料岁操作岂中，稳并不挂是一垦次换暖全部笋的料夜，而泻是把召新料恐放在II傲I区，尖原来II颤I区的漠燃料碎往里孕挪到II正I区，II区的救挪到I区，I区的尼乏燃掌料换妥出来犬进入逝乏燃和料储厚存井鞭。我核们发闹现燃传料采蜓用分逐区不贪止后逆，在奶半径浩方向登上的塘功率铁分布扰已经遍不是倍零阶插贝塞烘尔函开数分植布了煤。燃料饰布置膏对功洗率分谨布的虾影响64几乎旗所有稿的反牌应堆星都有愧控制园棒，企控制乏棒对鸽堆芯柱功率泉分布失的影膊响可价以由疼图3-轮10进行毛分析稿。图询中的虚虚线霜是没锣有控冰制棒芽情况编下的贵径向助功率忍分布识，在团均匀掌裸堆各情况负下是弟零阶荐贝塞夏尔函分数分腊布；绸图中满实线浮所示调是在商堆中宏心区尿域插造入控币制棒枕后的助径向仙功率寄分布巡寿。我芽们看眠到，振由于摧控制卷棒是握热中丹子的孝强吸呼收材共料，膛在控况制棒娃附近豆使得嚷功率沿下降强很多荒，因哲此合走理的阶把控疤制棒公布置拔在反虫应堆稠的不锻同位坚置，春可以滩得到未比较麦理想饱的功配率分播布。控制穗棒对关功率激分布斤的影厦响（1）65控制球棒对暗功率客分布狐的影凑响（1）66