反应堆压力控制方法及控制棒的作用

采用常规方法是否能提高或降低反应堆的输出功率是很难预料的。这主要取决于所谓的核多普勒效应。这是铀物理学的一个分支，特别是铀的同位素铀-238，它对于反应堆的控制，尤其是反应堆的安全具有重大意义。在常规操作中，每产生1W的热量，每分钟大约有30×10⁹个铀-235原子核经历了裂变（最初占平衡态时堆芯中铀的9.6%）。每次裂变将发射两个或三个高能量的中子。如果这些裂变中至少有一个中子继续裂变下去，则产生“发散”型核链式反应，功率等级将会提高。如果一个中子都没有继续裂变，那么反应将消失。

难以理解的是，中子只有在第一次速度降低到非常低的“热”能量情况下才会引起进一步的裂变。这种情况发生在一个减速剂内的多次碰撞过程中，例如与PBMR中的石墨燃料球和石墨反射层中的碳核，或轻水反应堆中冷却水里的氢核相碰撞。

铀-238的一个有益特征是，在中子的速度降到足够低以至于能引起铀-235进一步裂变前，铀-238吸收了其中的一些中子。特别是，燃料变得越热，铀-238核吸收的中能中子越多，然后再从链式反应过程中分离出来。这样只有较少的低能中子在堆芯中四处移动以引起裂变，反应堆的裂变速度会降低，反应堆的功率等级也会下降。这就是实际的多普勒效应。

现在考虑减少反应堆压力器中氦气量将会产生的效果。若减少向下流过燃料床的氦气，则燃料球的温度就会提高。因为多普勒效应，反应器的功率等级必然下降。反过来，通过增加系统中氦气量来降低燃料的温度，进而引起功率等级的提高。(www.xing528.com)

控制反应堆功率等级的常规方法是调节流过堆芯的氦气量，或者从冷却回路中放出一些氦气，或者注入更多的氦气到冷却回路。如果要求更快速的改变功率等级，可以打开阀门允许一部分氦气绕过堆芯。这跟减小氦气压力的效果相同，但速度更快。

更大程度的控制可以通过增加或减少堆芯周围的反应控制系统中的24个控制棒。当通过调节氦气压力来改变功率等级的时候，这些控制棒主要用来维持堆芯温度，或者在必要的时候关闭反应堆。他们是由具有很强吸收中子能力的硼元素构成的金属铁棒。在大多数反应堆系统中，这些控制棒并非工作在堆芯本身内部管道中，而是在侧面反射器管道中（如图14.2所示）。即使在反射器中，它们也能够吸收足够多的低能中子以影响堆芯中的功率等级。控制棒可以设计成当出现紧急情况时自动撤回以关闭反应堆。

最后，提供了一个完全独立的备用关闭系统，它主要用于需要关闭反应堆以及冷却后维持关闭状态等情况，例如维修操作。这个系统的运行是通过释放大约10×10⁶个直径为10mm的含硼石墨球到中央石墨圆柱边缘的8个直径为130mm管道中来实现的。当不再要求保持反应堆处于低于100℃的冷却条件这一亚临界状态时，这些石墨球在空气作用下返回到堆芯上方的8个容器中，为下次冷却关机做好准备。