Выгорание ядерного топлива. Классификация ядерных реакторов. Принципиальная схема ядерного энергетического реактора. Термоядерные реакторы. Теплообменный аппарат ядерных энергетических установок, страница 34

В тесных решетках относительно велика доля делений ²³⁸U надпороговыми нейтронами, что объясняется наличием большого перекрестного эффекта между блоками, приводящего к тому, что вероятность Q₀₀ существенно больше вероятности Р₀₀.

Также относительно велика вероятность для нейтрона резонансных энергий, вылетающего из блока, испытать первое столкновение в одном из соседних блоков, поскольку минимальное расстояние между твэлами в водо-водяных реакторах примерно в 2 раза меньше длины свободного пробега до рассеяния резонансных нейтронов в воде.

Поведение активной зоны реактора при стационарных и переходных режимах работы определяется коэффициентами реактивности, которые изменяются в процессе работы реактора и в зависимости от состояния реактора.

Топливо реакторов ВВЭР периодически, с интервалом около года, частично перегружается. За это время коэффициент размножения значительно уменьшается, поскольку коэффициент воспроизводства в таких реакторах мал (~0,5). Поэтому запас реактивности на выгорание значителен (~10 %).

Большое значение отрицательного температурного коэффициента реактивности и периодическая перегрузка топлива приводят к тому, что реактор в холодном состоянии в начале кампании имеет большую избыточную реактивность (~20%), в результате чего требуется много компенсирующих органов СУЗ и вследствие этого ухудшается использование нейтронов из-за увеличения их вредного поглощения. Большое количество органов СУЗ нежелательно по следующим причинам:

-увеличиваются локальные неравномерности энерговыде­ления в областях, близких к исполнительным  органам СУЗ;

-уменьшается полезный объем активной зоны и возникают конструктивные трудности при размещении большого количества приводов СУЗ;

-увеличивается суммарная стоимость приводов при одновременном уменьшении их эксплуатационной надежности.

Для создания большого начального запаса реактивности необходимо загружать топливо в реактор в количестве, значительно превышающем критическую массу (обычно в 30— 40 раз). Это создает опасность появления локальных критических масс, т. е. областей активной зоны, в которых размножение нейтронов очень слабо связано с размножением в других частях ее объема. Соответственно управлять балансом нейтронов в 'этой области активной зоны далеко от нее расположенными органами СУЗ не удается. Поэтому во избежание аварий органы компенсации реактивности должны быть так размещены в реакторе и перемещаться по таким законам, чтобы исключить возможность образования «местных котлов» в любой части активной зоны.

Итак, в основном нейтронно-физические особенности реакторов ВВЭР сводятся к следующему:

1)  относительно большая жесткость спектра нейтронов и заметная доля делений надтепловыми нейтронами;

2)  большая доля делений ²³⁸U надпороговыми нейтронами;

3)  взаимное «затенение» блоков для нейтронов резонансных энергий;

4)  малые значения длин замедления и диффузии тепловых нейтронов в решетке;

5)  большой диапазон изменения температурного, плотностного и мощностного эффектов реактивности в процессах разогрева реактора и вывода его на мощность;

6)  большой начальный запас реактивности;

7)  динамическая устойчивость и безопасность эксплуатации;

8)  возможность появления в реакторе локальных критических масс.