Определение эффективности стержней и запаса реактивности, страница 12

Многочисленные исследования, проведенные на критических стендах, показали, что введение равномерно распределенных поглотителей, изменение обогащения топлива практически не изменяют дρ(h_кр)/ дh, если сохраняется объемная доля замедлителя. Качественно это можно объяснить следующим образом. В реакторах на тепловых нейтронах площадь миграции представляют в виде М² = L² + τ, где τ – возраст нейтронов, а L² – квадрат длины диффузии нейтронов. Обычно τ » L². Поэтому введение поглотителя, которое изменяет L², слабо влияет на М², но безусловно изменяет k_∞. Однако можно интерпретировать введение поглотителя как изменение утечки нейтронов, т.е. как изменение геометрического параметра. Тогда можно полагать k_∞ неизменным и использовать изложенную выше методику. Еще раз отметим, что возможность применения того или другого способа компенсации реактивности за счет подъема уровня замедлителя в конце концов должна быть проверена в опытах, где основным критерием будет независимость дρ(h_кр)/ дh или ρ от выбранного способа компенсации.

Во время физического пуска реактора ВВЭР, когда запас реактивности обеспечивается некоторой концентрацией борной кислоты в замедлителе (С₀) и компенсирующими кассетами в некотором положении (Н ₀), запас реактивности определяют способом двойной пере компенсации.

Рассмотрим реактор в критическом состоянии с борной кислотой с k_∞(С), М² и В²₀(С) и критический реактор без борной кислоты с k_∞(0), М² и В²₀(0), в котором каким-либо образом изменили геометрический параметр (уменьшили размеры или ввели поглощающие стержни). Запас реактивности, обусловленный наличием борной кислоты, можно записать в виде ρ=( k_эф-1)/k_эф, где k_эф- эффективный коэффициент размножения в реакторе без борной кислоты, но с геометрическим параметром В²₀(С).

Тогда

                ρ = 1 – (1 + В²₀(С)М²)/ k_∞(0) = 1 - k_∞(С)*/ k_∞(0) .                 (10.20)

Найдем дρ/ дС в предположении, что имеются два близких состояния реактора с концентрациями борной кислоты С и С + ΔС:

                               (10.21)

или при ΔС → 0

                                                                                         (10.22)

откуда после интегрирования получаем

                                                                       (10.23)

В реакторах ВВЭР изменения концентрации борной кислоты компенсирует изменением положений стержней АКР. Для различных концентраций борной кислоты находят дρ(С_эф)/дС путем небольших изменений концентрации вблизи критического состояния, а также определяют дρ(h_эф)/дh путем небольших перемещений регулирующих стержней вблизи их критического положения h_кр.

Поскольку концентрация борной кислоты может изменяться в широких пределах, это позволяет измерить дρ(h_кр)/дh для всевозможных положений компенсирующих стержней в активной зоне. Процедура изменений облегчается в связи с тем, что, как показано в [2], дρ/дС постоянна при изменении концентрации борной кислоты вплоть до 15 г/л при условии постоянства температуры. Учитывая сделанное замечание, запас реактивности в стартовом критическом состоянии реактора при заданной концентрации борной кислоты С_кр и положении компенсирующих стержней h_кр можно записать в виде

                                  

где h_макс – верхнее положение компенсирующих стержней (стержни извлечены из активной зоны).

Во время физического пуска измерения дρ/дС и дρ/дh проводят при разных температурах активной зоны, обычно в интервале от 20 до 260 ⁰С.

В заключении необходимо сделать ряд замечаний, касающихся измерений эффективности стержней и запаса реактивности на энергетических реакторах во время физического пуска. Реактивность реактора зависит не только от положения в активной зоне стержней и концентрации поглотителя в теплоносителе, но и от скорости движения теплоносителя, температуры, давления. В свою очередь на эти параметры влияют параметры второго контура. Поэтому точные измерения на энергетическом реакторе даже во время физического пуска требуют решения сложной технологической задачи – поддержания на постоянном уровне всех параметров активной зоны. Для этого необходимо организовать тщательный контроль за всеми параметрами, которые могут влиять на реактивность реактора, и организовать запись показаний приборов в течение эксперимента. Последнее необходимо потому, что всегда возможны отклонения параметров от заданных значений, а это требует введения поправок в экспериментальные результаты.