ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТЕРЖНЕЙ И ЗАПАСА
РЕАКТИВНОСТИ
§ 10.1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
При подъеме мощности реактора от нулевой до номинальной, при работе реактора на мощности происходит потеря реактивности. Это связано со следующими обстоятельствами. На нулевом уровне мощности в энергетических реакторах температура низкая (от нормальной в водо-водяных и водографитовых реакторах до 170 0С в реакторах с натриевым теплоносителем). По мере подъема мощности растет температура теплоносителя и всех конструкций реактора, и это приводит к появлению так называемого температурного эффекта реактивности (как правило, отрицательному). С ростом мощности растет температура топлива, что наряду с другими эффектами также создает отрицательный мощностной эффект реактивности. При подъеме мощности реактора до номинальной за счет температурного и мощностного эффектов появляется отрицательный эффект реактивности, соответствующий 1,5 – 3% ∆k/kэф. Кроме того , в реакторах на тепловых нейтронах происходит потеря реактивности, которая может достигать ~ 4% ∆k/kэф из-за накопления некоторых осколков деления равновесной концентрации (см.гл.12).
Во время работы реактора в результате деления ядер образуются осколки деления, изменяется нуклидный состав топлива, что в конце концов постепенно «отравляет» реактор и приводит к потере реактивности, которая может составлять в зависимости от типа реактора 2-10% ∆k/kэф. Если потерю реактивности не компенсировать каким-либо образом, то в реакторе невозможно будет поддерживать критическое состояние и, следовательно, заданный уровень мощности. Из экономических соображений выгодно, чтобы тепловыделяющие сборки (ТВС) находились в реакторе как можно дольше. Это снижает затраты на их изготовление, переработку, хранение, позволяет делать меньше остановок на перегрузку реактора и др. Длительность нахождения ТВС в реакторе определяется рядом технологических и физических соображений, из которых отметим наиболее существенные. В находящихся в реакторе ТВС под действием облучения происходят изменения физических свойств оболочек и топлива (изменяются прочные характеристики, топливо распухает, появляются новые химические элементы и т.д.), в результате чего ТВС могут разрушаться. В связи с этим существует допустимый предел нахождения ТВС в реакторе. Исходя из этих соображений , при проектировании реактора определяют временной интервал (кампанию), в течение которого реактор работает безостановочно, без перемещения ТВС, без их выгрузки и без загрузки свежих ТВС.
Для того чтобы поддерживать реактор в критическом состоянии на всех этапах его работы, он в начале кампании должен иметь избыточную реактивность за счет более высокого обогащения топлива. Избыточная реактивность выбирается из таких соображений, чтобы ее хватило на компенсацию потери реактивности, связанной с выводом реактора на мощность, а также потери реактивности в процессе кампании. Кроме того, для реакторов на тепловых нейтронах предусматривают так называемый оперативный запас реактивности, необходимый для компенсации изменений реактивности при нестационарных процессах. Избыточную реактивность в начале работы реактора называют запасом реактивности. Очевидно, что запас реактивности необходимо компенсировать каким-либо удобным образом так, чтобы реактор в течение всей кампании был критическим. Другими словами, в реактор в начале кампании надо ввести отрицательную реактивность, которой можно было бы управлять.
В энергетических реакторах для компенсации избыточной реактивности используют системы подвижных поглощающих или топливных стержней – компенсаторов реактивности (КР) либо выгорающие поглотители (эффективность выгорающих поглотителей уменьшается по мере роста флюенса нейтронов). Используют для этих целей также системы, позволяющие изменять концентрацию поглотителя в теплоносителе.
В идеальном случае эффективность компенсирующей системы должна быть в точности равной проектному запасу реактивности. Эффективность компенсирующей системы определяют расчетным путем при разработке проекта реактора. Расчеты, как известно, содержат погрешности, связанные с неопределенностями ядерных данных и приближениями расчетной модели. Поэтому как на стадии проектных проработок, так и при пуске реактора проводят специальные опыты по определению эффективности компенсирующей системы. Уточнения в опытах необходимы потому, что и слишком малая, и слишком большая эффективность КР по сравнению с необходимым запасом реактивности приведет к ухудшению экономических показателей АЭС.
Если эффективность стержней КР меньше запаса реактивности, то такой реактор нельзя эксплуатировать, поскольку активная зона в заданных проектом размерах с топливом с принятым в проекте обогащением будет над критичной. Потребуется либо уменьшать загрузку реактора, либо увеличивать эффективность стержней КР. Однако такие мероприятия могут потребовать значительных дополнительных капиталовложений. Если эффективность стержней превышает запас реактивности, то такой реактор может работать, однако в экономическом отношении он не будет оптимальным.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
