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[科普知識]核能知識：反應堆的固有安全性
關鍵詞： 反應性 溫度效應 中子通量 固有特性 核能 安全性 多普勒效應 核燃料 空泡 熱中子
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國家能源局網站介紹了核能知識——反應堆的固有安全性。在由于某些原因從外部引入反應性，使中子通量增加（核燃料、冷卻劑溫度上升）的情況下，反應堆本身具有防止核反應失控的工作特性。我們稱這種特性為固有的安全性。固有特性來自反應堆本身所具有的負反應性溫度效應、空泡效應、多普勒效應、氙和釤的積累和核燃料的燃耗等。
反應堆內各部分溫度升高而再生系數K變小的現象稱為負反應性溫度效應，對反應堆的穩定性和安全性起決定作用。
反應堆冷卻劑中，特別是在沸水堆中產生的蒸汽泡，隨功率增長而加大，從而造成相當大的負泡系數，使反應性下降，這個效應叫空泡效應，有利于反應堆運行的安全。多普勒效應是指裂變中產生的快中子在慢化過程中被核燃料吸收的效應。它隨燃料本身的溫度變化而有很大的變化。特別重要的是這種效應是瞬時的，當燃料溫度上升時，它馬上就起作用。
在裂變產物中積累起來的氙和釤是對反應堆毒性很大的元素，這兩種元素很容易吸收熱中子，使堆內的熱中子減少，反應性也下降。
一般說來，反應堆長期運行之后，反應性要下降，這是由于燃料的燃耗加深而引起的。
以上這些效應，一般都有利于反應堆運行的安全，但在一定的條件下，也有不利的一面。
在輕水堆情況下，有三個效應是起作用的。第一，由于燃料溫度的上升，鈾－238吸收中子的份額增加，從而使反應性有很大的下降（負反應性），是多普勒效應起了作用；第二，輕水慢化劑溫度升高，其密度變小，中子與慢化劑碰撞的機會減少，中子慢化效果降低，反應性減小，負反應性溫度效應起了作用；第三，輕水冷卻劑溫度升高，就產生氣泡，其道理與第二點相同。由于中子泄漏增加，使反應性有很大下降，這就是所謂的空泡效應。
在氣冷堆的情況下，由于多普勒效應的作用，燃料給出了負的溫度效應。另一方面，因為氣冷堆的功率密度低，石墨的熱容量大，所以當發生事故時，堆芯溫度上升慢，二氧化碳冷卻劑的密度低，即使在冷卻劑喪失的情況下，對反應性幾乎也沒有什么影響，功率仍將繼續上升，這時，要靠快停堆系統來控制。