Контроль работы энергетического ядерного реактора, страница 4

Рисунок 1‑2. (3). Связь между тепловой мощ­ностью реактора Qтепл и током иони­зационной камеры I:

1 - область градуировочной кривой по активации фольг; 2 - тоже по тепловому балансу; 3 - интерполяционный участок

2  ОРГАНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТОРА

2.1  Способы управления цепной реакцией деления

   Регулирование работы реактора осуществляется изменением коэффициента размножения нейтронов за счет изменения скорости их образования, поглоще­ния или утечки.

   Скорость образования нейтронов можно регулировать, варьируя количество ядер топлива в активной зоне. Это позволяет обеспечить большие изменения реактивности путем создания регулирующего органа, состоящего из топлива (например, в нижней части) и поглотителя нейтронов (в верхней части). Таким образом, выведение поглотителя из активной зоны сопровождается одновремен­ным вводом топлива и наоборот. Наряду с высокой эффективностью этот спо­соб управления реакцией деления имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью перемещения такого ответственного элемента активной зоны, как ТВС. Поскольку должен быть обеспечен надежный теплосъем, то услож­няется конструкция регулирующего органа. Кроме того, возникает необходи­мость перемещения в больших реакторах значительных по массе конструкцион­ных элементов, в которых появляются дополнительные динамические нагрузки.

    Поэтому указанный способ управления цепной реакцией деления применяется редко.

Способ регулирования реактора путем изменения скорости утечки нейтронов может применяться только в реакторах с небольшими активными зонами. Утечка нейтронов в таких реакторах велика, и изменение ее, например, путем переме­щения отражателя нейтронов или части его приводит к достаточно большому изменению реактивности. Такой способ применяется, например, в исследователь­ских реакторах на быстрых нейтронах и в реакторах для ядерных ракетных двигателей (Я РД).

Способ управления цепной реакцией деления путем изменения количества поглощающих нейтроны веществ нашел наиболее широкое применение. Исполь­зуются твердые, жидкие или газообразные материалы, содержащие ядра с боль­шими сечениями поглощения нейтронов (более 100 б). Для сравнения отметим, что эффективное сечение захвата нейтронов для стали ОХ18Н9Т—одного из основных конструкционных материалов, широко применяемых в реакторостроении, составляет 2,8 б.

    Вне зависимости от материала-поглотителя можно различать следующие основные методы управления цепной реакцией за счет изменения количества поглотителя в активной зоне:

1) ввод в активную зону стержней-поглотителей;

2) изменение уровня жидкого поглотителя в активной зоне, концентрации поглощающих ядер в растворе или какого-либо параметра, приводящего к из­менению количества ядер-поглотителей в активной зоне. В частности, поглоти­тель можно вводить в жидкий замедлитель или теплоноситель;

3) изменение в активной зоне давления газообразного поглотителя;

     Выгораю­щий поглотитель может быть использован как некоторая составляющая компо­зиции твэла или в виде самостоятельных элементов. При использовании выго­рающих поглотителей значительно уменьшается диапазон изменения реактивно­сти за счет выгорания ядер делящегося вещества. Применение выгорающего. поглотителя дает следующие преимущества:

а) при одном и том же объеме активной зоны может быть увеличение за­грузки топлива, что  позволяет увеличить продолжительность работы данной активной зоны без перегрузки;

б) количество стержней компенсации начальной избыточной реактивности сокращается;

в) выгорающие поглотители можно использовать для выравнивания энерго­распределения.

В табл. 8.1 приведены сведения о свойствах материалов, которые можно использовать для регулирования реактивности. Сечения поглощения даны для нейтронов с энергией 0,0253 эВ. В области тепловых нейтронов сечения погло­щения большинства элементов изменяются обратно пропорционально скорости нейтронов . В области энергии нейтронов в несколько электрон-вольт и выше многие приведенные в табл. 8.1 элементы имеют резонансы в сечениях поглощения. Такие элементы поглощают как тепловые, так и надтепловые ней­троны, попадающие в процессе замедления в область резонансов.