在以轻水作为慢化剂的堆芯中,还必须考虑由附加的水隙所引起的局部功率峰值。附加水隙包括如沸水堆燃料元件盒之间存在的水隙以及栅距的变化和控制棒提起所留下的水隙。这些水隙引起的附加慢化作用使该处的中子注量率上升,因而使水隙周围元件的功率升高,从而增大了功率分布的不均匀程度。在一个具有低富集度铀和用不锈钢作燃料包壳的堆芯内,圆形水孔的影响示于图2-9。
图2-7 圆柱形反应堆插入控制棒后的径向功率分布
图2-8 控制棒对轴向功率分布的影响(www.daowen.com)
由图可见,为了使堆的功率分布均匀,应尽量避免水隙或减小它的影响,早期的水堆采用的是十字形或Y形控制棒,在控制棒的下端装有一段用中子吸收截面低的材料制成的“挤水棒”,这样,在控制棒上提时挤水棒可挤去水腔中的水。近代压水堆多采用棒束型控制棒组件,在这种情况下,控制棒的数量多而且细(直径小),控制棒上提后留下的水隙较小,由此引起的注量率峰值并不明显,因而往往可以省掉挤水棒。这样做不仅可以缩小压力壳的高度,而且也有利于堆芯结构的设计。
近年来新设计的压水堆已取消在热管出口不允许产生饱和沸腾的限制,这样在堆芯的某些区域就会有蒸汽产生。蒸汽的密度相对水而言要小得多,所以往往把气泡称为空泡。空泡的存在将会导致堆芯反应性下降。这种效应在事故工况下尤为显著,因而空泡的存在能够减轻某些事故的严重性。
图2-9 在一个圆形水孔边缘上的中子注量率峰值
在沸水堆中,堆芯上部的含汽量大于堆芯下部的含汽量,所以堆芯下部的中子注量率较高,这和压水堆是不同的。由于存在这一特殊情况,沸水堆的控制棒一般是从反应堆底部向上插入堆芯,有利于中子注量率的展平和控制棒效率的提高。
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