[科普中国]-可溶性中子毒物

布置在堆芯内，主要用来吸纳较大的初始后备反应性、加深燃耗和展平中子注量率分布的固体中子毒物。如硼的化合物。随着反应堆运行，可溶性中子毒物因吸收中子逐渐减少，被其吸纳的后备反应性将又逐渐释放出来。又称为可燃毒物。1

相关介绍在动力反应堆中，通常，新堆芯的初始剩余反应性都比较大。特别是在第一个换料周期的初期，堆芯中全部核燃料都是新的，这时的剩余反应性最大。如果全部靠控制棒来补偿这些剩余反应性，那么就需要很多控制棒，而每一控制棒(或棒束)都需要一套复杂的驱动机构。这非但不经济，而且在压力容器封头上要开许多孔，结构强度也不许可。如果全部依靠増加化学补偿毒物(如硼酸)浓度来满足要求，那么硼浓度可能超过限值、从而使慢化剂温度系数出现正值。尤其是在轻水反应堆中，这个问题更为突出。为了解决这个问题，可以采用控制棒、可燃毒物与化学补偿毒物三种方式的联合控制，以减少控制棒的数目。

性质可燃毒物材料要求具有比较大的吸收截面，同时也要求由于消耗了可燃毒物而释放出来的反应性基本上要与堆芯中由于燃料燃耗所减少的剩余反应性相等。另外，还要求可燃毒物在吸收中子后，它的产物的吸收截面要尽可能地小；要求在堆芯寿期末，可燃毒物的残余量应尽可能少，以免影响堆芯的寿期最后要求可燃毒物及其结构材料应具有良好的机械性能。2

应用根据以上的要求，目前作为可燃毒物使用的主要元素有硼和钆。它们既可以掺加到燃料棒中和燃料混合在一起，也可以集中起来单独做成管状、棒状或板状儿元件，插人到燃料组件中。在压水反应堆中应用最广泛的是硼玻璃。到堆芯寿期末，硼基本上被烧尽。残留下的玻璃吸收截面比较小，因此对堆芯寿期影响不大。可燃毒物部件通常做成环状(如图8-11(a))。为了提高硼的燃耗程度，最近西屋公司采用了湿式环状可燃毒物棒(WABA)和涂硼燃料原件(IFBA)，即在二氧化铀芯块的外表面上涂上一层薄的硼化锆。目前，压水堆中还采用在二氧化铀燃料棒中掺加氧化钆(Gd2O3，含量可达10%)作为可燃毒物。钆是一种非常良好的可燃毒物材料。通过控制含可燃毒物的新燃料组件的数量及其所含可燃毒物的燃料元件的数目以及含可燃毒物组件在堆芯内的布置可以用来控制堆芯功率的分布。2

作用可燃毒物主要有两个作用：功率峰值控制和慢化剂温度系数的控制。目前国际轻水堆核电厂堆芯中采用的可燃毒物有碳化硼、硼硅玻璃、氧化钆和硼化锆等四种类型。碳化硼可燃毒物以西屋公司的湿环形可燃毒物(WABA)为例，由Al2O3-B4C环形芯块封装在两个同心锆合金管内，端部用端塞密封焊接制成棒状可燃毒物；硼硅玻璃可燃毒物是将硼溶解在硅酸盐玻璃中，拉制成玻璃管状，外壳用不锈钢包覆而制成棒状毒物；氧化钆和硼化锆是属于整体型可燃毒物，它与核燃料做成一体，例如将三氧化钆和二氧化铀粉末压制、烧结成带可燃毒物的燃料芯块；而硼化锆毒物是将硼化锆喷涂在燃料芯块表面上形成一层薄的ZrB2可燃毒物层。然后将这些整体燃料封装在锆合金包壳管内制作成可燃毒物棒。1

发展20世纪80年代以前，在压水堆中，可燃毒物一般只用于第一个堆芯寿期中，因为从第二个堆芯寿期开始，堆芯中大部分的燃料是已燃耗过的燃料，这时，堆芯的初始剩余反应性已显著地减小，没有必要再用可燃毒物了。但是，80年代以后，普遍发展了低泄漏装料方案。由于新燃料组件被放在堆芯内区，使堆芯的功率峰增大，这样，在每个堆芯寿期中都必须采用相当数量的可燃毒物棒来抑制功率峰以满足设计的要求。2

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学