Возможные способы уменьшения неравномерности энерговыделения по объему активной зоны

§ 11.3. Возможные способы уменьшения неравномерности энерговыделения по объему активной зоны

Вначале рассмотрим возможные способы уменьшения неравномерностей энерговыделения по высоте активной зоны. Существует несколько способов решения данной задачи—физических, конструкционных и эксплуатационных. Из физических обычно используется неравномерное распределение по высоте выгорающего поглотителя либо делящегося нуклида. Из конструкционных способов отметим следующие:

а) введение регулирующих стержней снизу и расположение их в области максимальной плотности тепловых нейтронов;

б) изменение соотношения топливо — замедлитель в пользу последнего в верхней части активной зоны, где велико паросо-держание.

Наиболее простой из эксплуатационных способов—перево­рачивание кассет во время очередной перегрузки топлива.

Одним из перспективных методов профилирования энерговыделения в кипящих реакторах является профилирование поглощением. Метод состоит в том, что в области наибольших значений потока тепловых нейтронов располагается выгорающий поглотитель. При этом ухудшаются размножающие свойства среды, что приводит к перераспределению плотности нейтронов и энерговыделения: максимум энерговыделения смещается вверх и уменьшается по абсолютному значению. Естественно, что при этом аксиальный коэффициент неравномерности уменьшается. Выбирая необходимое число поглощающих стержней с профилированным по высоте расположением поглотителя и распределяя их соответствующим образом по активной зоне, можно существенно уменьшить аксиальную неравномерность энерговыделения в кипящем реакторе. Обычно в качестве поглощающего материала используется природный бор в циркониевой матрице.

• Профилировать энерговыделение можно также, устанавливая в кассетах некоторое количество укороченных твэлов. В этом случае при большем значении водо-уранового отношения в верхней части рабочей кассеты улучшаются размножающие свойства, а значит, уменьшается неравномерность энерговыделения. При таком способе необходимо добиваться более равномерного разрежения решетки по высоте, чтобы уменьшить по возможности всплески потока нейтронов вблизи границы резкого изменения свойств среды. В качестве недостатков способа профилирования разрежением можно указать следующие: уменьшаются топливная загрузка активной зоны и поверхность теплоотдачи; разрежение решетки приводит к уменьшению коэффициента воспроизводства, а следовательно, и к более быстрому уменьшению реактивности во времени; использование твэлов различной длины увеличивает стоимость их производства и исключает возможность переворачивания кассет при частичных перегрузках.

Таким образом, первый способ профилирования (поглощением) позволяет более эффективно, нежели второй (изменением поверхности твэлов), осуществить выравнивание энерговыделения. Поскольку критическая плотность теплового потока снижается с ростом паросодержания, то уменьшать неравномерность энерговыделения по высоте имеет смысл лишь до некоторого предела. В результате увеличения плотности теплового потока в верхней части активной зоны вследствие выравнивания может уменьшиться запас до кризиса теплообмена К₃ (кривая 2 на рис. 11.5) по сравнению с невыравненной активной зоной (кривая 7). Оптимальное значение K_Z , до которого можно уплощать распределение энерговыделения, зависит от ряда факторов, таких как паросодержание на выходе, удельная мощность, массовый расход и т. п.; в сред­нем эта величина должна быть не менее 1,5—1,7.

В кипящих реакторах с невыравненным распределением энерговыделения коэффициент неравномерности по радиусу К_rнесколько ниже, чем в реакторах ВВЭР. Выбор специального закона извлечения поглощающих стержней СУЗ, при котором большую часть кампании реактора они находятся в центральной части активной зоны, и применение схемы движения кассет по радиусу активной зоны по тому же закону, что и в ВВЭР (движение от периферии к центру с рассеянием), позволяют получить значение K_r ≈ 1,15—1,25.

В целом можно отметить, что в современных.реакторах ВК и ВВЭР значения K_V примерно одинаковы.