Мощностной эффект реактивности

§ 12.6. МОЩНОСТНОЙ ЭФФЕКТ РЕАКТИВНОСТИ

Мощностной эффект реактивности – изменение реактивности реактора при выводе его на номинальный уровень мощности характеризуют мощностным коэффициентом реактивности (МКР), который определяют как отношение приращения реактивности к приращению мощности реактора, которую выражают чаще всего в процентах номинальной мощности, т.е. dρ/dω [% ∆k/k_эф % ω_ном]. Очевидно, что мощностной эффект реактивности (МЭР) равен (dρ/dω) dω.

МКР во всех известных энергетических реакторах отрицателен, т.е. рост мощности реактора приводит к потере реактивности. Этот факт очень важен с точки зрения безопасности реактора. Действительно, в случае отказа аварийной защиты самопроизвольный «разгон» реактора будет остановлен мощностным эффектом реактивности. Мощностной эффект реактивности по сути дела зависит от тех же параметров, что и температурный. Но при увеличении мощности в реакторе создается сугубо неравномерное распределение температур. Самые высокие температуры устанавливаются в центральных частях твэлов и достигают при использовании топлива в виде двуокиси урана и плутония 2500 ⁰С. В то же время температура теплоносителя и замедлителя оказывается существенно ниже. Так, в реакторах на быстрых нейтронах температура натриевого теплоносителя достигает 550 ⁰С, в водо-водяных реакторах температура воды примерно 300 ⁰С. В связи с таким неоднородным распределением температур возникает ряд специфических эффектов, влияющих на реактивность реактора. Укажем, например, на изгибы твэлов и ТВС.

МКР зависит от мощности реактора и от некоторых других технологических параметров: от расхода теплоносителя, глубины выгорания топлива, положения компенсирующих стержней, входной температуры теплоносителя и т.п. Например, при данном (не номинальном) уровне мощности в реакторе может быть различный подогрев теплоносителя из-за разных расходов теплоносителя. Тогда при одной и той же мощности в реакторе могут быть различные температурные градиенты и, следовательно, различные МКР. Реактор может быть выведен на номинальный уровень по различным технологическим сценариям. Можно выводить реактор на мощность при постоянном расходе теплоносителя, а можно поддерживать постоянным подогрев теплоносителя за счет изменения расхода теплоносителя. В этих двух крайних случаях зависимость МКР от мощности будет различной хотя мощностной эффект реактивности при росте мощности от минимальной до максимальной будет, очевидно, одним и тем же. Как мощностной эффект реактивности, так и МКР зависят от вариации температуры теплоносителя на входе в реактор. Обычно для определенности считают, что МКР – это изменение реактивности, нормированное на единицу мощности при постоянной температуре теплоносителя на входе в реактор. Аналогично удобно определять МЭР как изменение реактивности при подъеме мощности при постоянной температуре теплоносителя на входе в реактор. В реальной ситуации при изменениях МЭР и МКР не всегда удается поддерживать постоянной температуру теплоносителя на входе в реактор. Тогда вносят поправку на изменение входной температуры, используя температурный коэффициент реактивности. Так, если при подъеме мощности реактора от нулевой до номинальной измерен эффект реактивности ∆ρ, но при этом температура теплоносителя на входе выросла на ∆Т, то искомый МЭР = | ∆ρ | - | ТКР ∆Т |.

Мощностной эффект реактивности можно рассчитывать с меньшей точностью, чем температурный, поскольку в первом случае необходимо вводить ряд гипотез о состоянии топлива, механизме изгиба твэлов и др. МЭР составляют 0,5 – 1,5% ∆k/k_эф, а МКР изменяются в более широких пределах – от 10 ^{– 3} до 3*10 ^{– 2} % ∆k/k_эф при измерении мощности на 1% ω_ном (в зависимости от уровня мощности, типа реактора, состояния топлива в реакторе и т.д.).

Простейший вариант измерения МЭР заключается в сравнении положения компенсирующих стержней реактора на минимально контролируемом и номинальном уровнях мощности. При таком способе измерения МЭР определяется с погрешностью, связанной с погрешностями градуировочных кривых эффективностей стержней, с интерференционными эффектами между стержнями, наконец, с зависимостью эффективности стержня от уровня мощности реактора. В реакторах различных типов и мощностей эти эффекты имеют разные значения, но их оценка, как экспериментальная, так и расчетная, представляет известные трудности.