切尔诺贝利中，在RBMK反应堆控制棒尖端为什么要设计一截石墨？ 第1页

这截石墨叫displacer，或者说置换剂。长度是4.5m，只比核心长度7m短一些。除了12根自动功率调整用的控制棒外，其他控制棒都有这截石墨displacer。当控制棒处于正常上止点时，这段石墨处于核心中间。（下面有图）

它有两个作用：

1.用来在控制棒未插入时，置换掉水，填充通道，增强反应率的（和石墨一样，轻水也是减速剂，但是对中子吸收比石墨大，因此此处如果是水，反应率会比用石墨填充来的低）。这样控制棒插入后会带来减少石墨和增加控制棒的双重效应，反应率的变化range更大，控制棒插入的效果更大，从而实现更有力的控制。

2.用来在控制棒未插入时，填充通道，使得整个核心横截面上燃料、减速剂、冷却剂分布对称均匀，这样中子流分布更均匀，从而减少局部stress。也是为了实现更好的控制。

所以此处设置石墨是很聪明的设计。

但缺陷是在过度拔出后，再次插入时，过长的石墨替换水，会导致反应率飙升。我们先看看从正常operational的位置插入。

正常插入：

下图描述了从正常上止点（operational position）插入时的核心垂直截面反应率变化：由于石墨比核心短一些，底部在插入时会产生石墨替代水的状况，造成局部反应率提高。具体提高的幅度，取决于反应堆的运行点，核心功率密度分布。但是范围小时间短，并不会引发事故。完全到位后就消停了。

过度拔出后再插入：

这是切尔诺贝利事故的case。

通常控制棒的上止点是被安全系统控制的。但事故中操作员手动关闭了系统，然后控制棒手动控制拔出，致使脱离了operational的上止点，完全拔出，石墨完全离开核心，如下图最左边（通常是检修换料等操作才会拔出到这样）。这样再次插入时，大段石墨重新进入核心，替换了水，大大增加了整个核心反应率。而且重新插入的棒数量很多，因为早先全拔出来了。再加上设计问题，控制棒周围水膜薄，活塞运动阻力大，整个插入需要18s。所以，不是越紧越好。

当时核心已经处于欠冷却过临界状态，这个操作完全就是强力引爆。