Канальный тип реактора с графитовым замедлителем и водяным теплоносителем, страница 9

Безопасная и устойчивая работа реактора РБМК во многом определяется паровым αφ и температурными коэффициентами реактивности топлива αT и замедлителя αC. Для реактора кипящего типа удобно ввести динамический мощностной коэффициент реактивности αQ который включает в себя эффекты изменения реактивности, связанные с изменением паросодержания αφ и температуры топлива αT. Реактор канального типа с кипя­щей водой может обладать положительным мощностным коэффициентом реактивности αQ, который приводит к пространственно-временной нестабильности и значительным перекосам распределения энерговыделения: форма поля в объеме активной зоны самопроизвольно изменяется с течением времени.

Расчетное изменение отдельных коэффициентов реактивности αφ, αT и αC, а также суммарного мощностного αQ в зависимости от выгорания топлива для реактора РБМК представлено на рис. 1.3. Поскольку температурный коэффициент реактивности топлива αT <0, то αQ меняется в соответствии с изменением αφ в начале кампании он имеет максимальное отрицательное значение, далее уменьшается по абсолютному значению, проходит через нуль и становится положительным. Значение и знак αφ находятся в чрезвычайно сложной зависимости от многих факторов. Так, улучшение размножающих свойств среды увеличивает вероятность появления положительного парового коэффициента реактивности. Определяющим здесь оказывается поглощение тепловых нейтронов в воде (изменение θ). Чтобы снизить влияние этого эффекта, необходимо уменьшить масштаб изменения θ за счет увеличения доли поглощения в топливе. Возможны различные способы: переход с окисного топлива на топливо повышенной плотности, применение урана с большим обогащением или установка в активной зоне дополнительных поглотителей (ДП). Наиболее оперативный способ предотвращения роста парового коэффициента реактивности выше допустимого уровня по мере работы реактора—установка в зоне некоторого количества ДП. При этом, естественно, уменьшается средняя глубина выгорания выгружаемого топлива Более эффективный способ, улучшающий динамические характеристики реактора,—увеличение обогащения топлива подпитки, что и имеет место в настоящее время.

Уменьшение вероятности избежать резонансного поглощения—один из стабилизирующих факторов при расчете устойчивости распределения энерговыделения Это достигается повышением доли замедления в воде путем перехода на меньший шаг решетки каналов. Поскольку уменьшение шага решетки связано с чисто конструкционными трудностями, то тот же эффект может быть достигнут за счет уменьшения эффективной плотности графита

В реакторах с выравненной активной зоной, высоким потоком тепловых нейтронов и положительным температурным коэффициентом реактивности замедлителя (в данном случае графита) относительно велика опасность возникновения ксеноновых колебаний (см. п. 9.3.3), представляющих собой изменение во времени формы распределения потока нейтронов по объему активной зоны. Вместе с тем для канальных кипящих реакторов проблема устойчивости распределения энерговыделения возникает в связи не только с ксеноновыми колебаниями, но также и с гидродинамической нестабильностью большого числа параллельно работающих испарительных каналов и возможностью положительного парового коэффициента реактивности αφ, о чем упоминалось выше.

Перегрузка топлива на работающем реакторе, положительный температурный эффект реактивности замедлителя и меньший, чем в ВВЭР, отрицательный температурный эффект реактивности теплоносителя позволяют не иметь больших запасов реактивности, как это имеет место в других типах реакторов, например с водой в качестве замедлителя.

Технологические каналы реакторов большой мощности. Развитие энергетических уран-графитовых реакторов связано с прогрессом в атомной технике и технологии материалов, применяемых в реакторостроении. В реакторах Белоярской АЭС осуществляется охлаждение трубчатых твэлов, заключенных в стальные оболочки, кипящей водой и перегретым паром. Современная технология жаропрочных циркониевых сплавов позволяет использовать их в конструкциях оболочек твэлов в уран-графитовых реакторах вместо твэлов с оболочкой из стали. Циркониевые сплавы имеют существенно меньшее сечение поглощения тепловых нейтронов. (σa Zr =(0,2÷0,3) 10 -29 м2; σa Fe =(2,5÷3) 10-29 м2), что улучшает параметры топливного цикла Основным конструкционным материалом, используемым в активной зоне уран-графитового кипящего реактора большой мощности (РБМК), являются циркониевые сплавы.