[科普中国]-碳化硼控制棒

功能

碳化硼控制棒是用于控制反应堆的反应性的可动部件。也就是说，反应堆内链式反应的强弱，可用控制棒予以控制。另外，控制棒还可用于控制反应堆的功率分布，避免形成较大的功率峰，确保燃料元件不超过设计极限值。

(1)补偿从热态零功率至满功率燃料和慢化剂温度效应引起的反应性亏损以及由于功率再分布引起的反应性变化;

(2)用以实现提高或降低反应堆功率，或者移动控制棒实现快速的负荷跟踪，使核电厂具有变工况运行能力;

(3)在各种运行工况下，用控制棒实现快速或紧急停堆，并保持一定的热停堆反应性裕度;

(4)补偿变工况时的瞬态氙效应所引起的反应性变化，以及借助于控制棒移动来抑制氙振荡。因此压水堆内控制棒是按不同功能进行分组，一般分为停堆控制棒组，控制功率分布的控制棒组以及功率调节控制棒组。1

操作控制棒能控制的反应性大小，用控制棒的反应性价值来表征。一根或一组控制棒插入反应堆前和插入反应堆后的反应堆有效增殖系数之差与插入前的反应堆有效增殖系数之比，称为这一根或这一组控制棒的反应性价值。也就是，控制棒吸收的中子有效增殖性在反应堆总的有效增殖性中所占的份额。对于压水堆，各控制棒组的总的反应性价值一般约为7%～10%。

控制棒插入堆内愈深，吸收的中子愈多，使反应速率减慢，以至停止；而把棒从堆内抽出时，吸收中子减少，可使反应堆起动或使反应加快。这种调节一般都通过自动装置进行。

碳化硼碳化硼（B4C）是一种重要的快堆中子吸收材料。B有10B和11B两种同位素，天然B中10B约占19.8at%，占80.2at%的11B几乎不吸收中子，只有10B吸收中子发生反应产生锂和氦。

目前，快中子反应堆普遍采用不同10B富集度的热压烧结碳化硼芯块作为中子吸收体材料，这是因为10B同位素的中子吸收截面高，吸收能谱宽，成本较低，吸收中子后不产生强的二次辐射，易于后处理。快堆设计一般选用热压烧结天然 B4C芯块制造屏蔽组件，用含不同富集10B的热压烧结B4C芯块制造控制棒组件。

碳化硼熔点2450℃，密度2490 kg/m，不受酸和碱的侵蚀，但不耐高温水腐蚀。在沸水堆中，常用碳化硼粉末包以不锈钢做成十字型控制棒，而在快中子堆中，则常用碳化硼烧结块包以不锈钢做成棒组件。由于硼受辐照后产生氦，所以这种控制件要考虑棒的肿胀问题。2

反应性价值碳化硼控制棒能控制的反应性大小，用控制棒的反应性价值来表征。一根或一组控制棒插入反应堆前和插入反应堆后的反应堆有效增殖系数之差与插入前的反应堆有效增殖系数之比，称为这一根或这一组控制棒的反应性价值。也就是，控制棒吸收的中子有效增殖性在反应堆总的有效增殖性中所占的份额。对于压水堆，各控制棒组的总的反应性价值一般约为7%～10%。