[科普中國]-可溶性中子毒物

布置在堆芯內(nèi)，主要用來吸納較大的初始后備反應(yīng)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(yīng)堆運行，可溶性中子毒物因吸收中子逐漸減少，被其吸納的后備反應(yīng)性將又逐漸釋放出來。又稱為可燃毒物。1

相關(guān)介紹在動力反應(yīng)堆中，通常，新堆芯的初始剩余反應(yīng)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，這時的剩余反應(yīng)性最大。如果全部靠控制棒來補償這些剩余反應(yīng)性，那么就需要很多控制棒，而每一控制棒(或棒束)都需要一套復(fù)雜的驅(qū)動機構(gòu)。這非但不經(jīng)濟，而且在壓力容器封頭上要開許多孔，結(jié)構(gòu)強度也不許可。如果全部依靠増加化學(xué)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、從而使慢化劑溫度系數(shù)出現(xiàn)正值。尤其是在輕水反應(yīng)堆中，這個問題更為突出。為了解決這個問題，可以采用控制棒、可燃毒物與化學(xué)補償毒物三種方式的聯(lián)合控制，以減少控制棒的數(shù)目。

性質(zhì)可燃毒物材料要求具有比較大的吸收截面，同時也要求由于消耗了可燃毒物而釋放出來的反應(yīng)性基本上要與堆芯中由于燃料燃耗所減少的剩余反應(yīng)性相等。另外，還要求可燃毒物在吸收中子后，它的產(chǎn)物的吸收截面要盡可能地小；要求在堆芯壽期末，可燃毒物的殘余量應(yīng)盡可能少，以免影響堆芯的壽期最后要求可燃毒物及其結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有良好的機械性能。2

應(yīng)用根據(jù)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(yīng)堆中應(yīng)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?？扇级疚锊考ǔＷ龀森h(huán)狀(如圖8-11(a))。為了提高硼的燃耗程度，最近西屋公司采用了濕式環(huán)狀可燃毒物棒(WABA)和涂硼燃料原件(IFBA)，即在二氧化鈾芯塊的外表面上涂上一層薄的硼化鋯。目前，壓水堆中還采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(shù)量及其所含可燃毒物的燃料元件的數(shù)目以及含可燃毒物組件在堆芯內(nèi)的布置可以用來控制堆芯功率的分布。2

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系數(shù)的控制。目前國際輕水堆核電廠堆芯中采用的可燃毒物有碳化硼、硼硅玻璃、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(huán)形可燃毒物(WABA)為例，由Al2O3-B4C環(huán)形芯塊封裝在兩個同心鋯合金管內(nèi)，端部用端塞密封焊接制成棒狀可燃毒物；硼硅玻璃可燃毒物是將硼溶解在硅酸鹽玻璃中，拉制成玻璃管狀，外殼用不銹鋼包覆而制成棒狀毒物；氧化釓和硼化鋯是屬于整體型可燃毒物，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(jié)成帶可燃毒物的燃料芯塊；而硼化鋯毒物是將硼化鋯噴涂在燃料芯塊表面上形成一層薄的ZrB2可燃毒物層。然后將這些整體燃料封裝在鋯合金包殼管內(nèi)制作成可燃毒物棒。1

發(fā)展20世紀80年代以前，在壓水堆中，可燃毒物一般只用于第一個堆芯壽期中，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，堆芯的初始剩余反應(yīng)性已顯著地減小，沒有必要再用可燃毒物了。但是，80年代以后，普遍發(fā)展了低泄漏裝料方案。由于新燃料組件被放在堆芯內(nèi)區(qū)，使堆芯的功率峰增大，這樣，在每個堆芯壽期中都必須采用相當(dāng)數(shù)量的可燃毒物棒來抑制功率峰以滿足設(shè)計的要求。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)