反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，隨著燃料的加深、裂變產(chǎn)物的積累，必須及時(shí)補(bǔ)給和更換燃料。不同的燃料管理方式對(duì)反應(yīng)堆的物理特性具有重大影響。球床堆和棱柱型堆在燃料的更換及補(bǔ)給方式上有很大差別，從而堆芯的通量及功率分布也有很大不同。對(duì)于棱柱狀高溫氣冷堆，多采用停堆換料方式，但會(huì)降低電廠的利用率，下面來具體的看一下沸水堆堆芯的物理特性是什么吧？

從反應(yīng)堆物理角度看，球床式高溫氣冷堆具有如下特點(diǎn)：用石墨作為結(jié)構(gòu)材料、反射層和慢化劑，石墨慢化比高，中子吸收截面小；用包覆顆粒形式的低富集度鈾燃料元件，燃科顆粒近似均勻地分散在石墨中，堆芯采用氦氣作為冷卻劑，它對(duì)中子近乎透明，堆芯平均工作溫度較高，堆芯連續(xù)地裝載新元件與卸出乏燃料元件。同時(shí)部分燃耗的燃料元件還將通過堆芯若干次，燃料球隨機(jī)地堆積在堆芯，不需要過剩反應(yīng)性來補(bǔ)償燃耗，僅需補(bǔ)償負(fù)荷變化下的氙毒，能達(dá)到較高的平均卸料燃耗。因此，高溫、氦冷卻劑，石墨慢化及包覆顆粒燃料四個(gè)特點(diǎn)使高溫氣冷堆在物理上具有許多獨(dú)特之處。

直徑在1mm左右的包覆顆粒燃料彌散在石墨基體中，從反應(yīng)堆物理觀點(diǎn)來看是一種準(zhǔn)均勻分布。熱中子的自屏因子非常接近1，燃料及轉(zhuǎn)化材料的共振積分，比大多數(shù)熱中子堆大2~3倍。因此，熱中子的非均勻效應(yīng)不如其他反應(yīng)堆明顯，燃料的利用更為有效。包覆顆粒結(jié)構(gòu)在高溫下阻滯和包容裂變產(chǎn)物的性能很好，可以達(dá)到很高的溫度，保證安全性、同時(shí)可以達(dá)到高的燃耗。燃耗深，裂變產(chǎn)物濃度高，這也是高溫氣冷堆的一個(gè)重要特點(diǎn)。

石墨作為慢化劑，功率密度較小，石墨的慢化能力較差。但石墨的中子吸收截面小。所以，慢化劑對(duì)燃料的原子數(shù)密度比(簡稱碳鈾比)可以比輕水堆相應(yīng)的值高很多，而不會(huì)造成慢化劑對(duì)中子的過多吸收。由于碳鈾比可設(shè)計(jì)得高，臨界裝量就小(碳鈾比過高時(shí)，石墨吸收及臨界裝量也會(huì)變大)，雖功率密度較低，但燃料比功率(即單位重量的重金屬發(fā)出的功率)仍然很高。特別是燃料的準(zhǔn)均勻分布，使得它的傳熱面積比較大，因而也允許它的比功率可設(shè)計(jì)得很高。對(duì)于，總功率確定的反應(yīng)堆，比功率設(shè)計(jì)得高，燃料初裝量就小，初始投資也就小。

高溫氣冷堆慢化劑及冷卻劑的中子吸收小，也沒有金屬包殼的寄生俘獲，因而“中子經(jīng)濟(jì)”性比較好，可以得到較高的轉(zhuǎn)化比。尤其可以選針作為轉(zhuǎn)化材料，充分利用32U在熱譜上的高η值。熱中子堆的比功率一般比快堆大得多。所以一旦實(shí)現(xiàn)增殖，盡管增殖比BR剛超過1不多，但也是具有相當(dāng)?shù)母偁幜Φ?，至少可以作為快中子增殖堆的補(bǔ)充手段。因此，熱增殖堆是利用Th資源的最好途徑，而快堆適于采用238U-219Pu循環(huán)。同時(shí)，在追求固有安全性的目標(biāo)下，為了保證在事故后，不采用堆芯強(qiáng)迫冷卻的措施，就可以把堆芯衰變余熱通過熱傳導(dǎo)、熱輻射等方式傳到堆芯外，模塊式高溫氣冷堆普遍采用瘦長堆芯，甚至環(huán)形堆芯，這種堆芯形式從中子經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度是不經(jīng)濟(jì)的，但從安全角度是有利的、必要的。

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