Определение эффективности стержней и запаса реактивности, страница 3

Для целей эксплуатации имеют значение не только эффективность стержней, но и их градуировочные характеристики. Градуировочная характеристика – это зависимость эффективности стержня от  его положения в реакторе. Ниже рассмотрены методы измерения эффективности стержней АР, АЗ, КР и их градуировочных характеристик.

Подробное описание систем аварийной защиты и компенсирующих систем приведено в [11,25,57].

§ 10.2. ИЗМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТЕРЖНЕЙ И ИХ

ГРАДУИРОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Эффективность стержня удобно определить как изменение реактивности реактора при введении в него, данного стержня. Следовательно, для нахождения эффективности стержня достаточно измерить реактивность реактора до и после введения стержня в реактор. Методы измерения реактивности подробно рассмотрены в гл.4, поэтому в этом параграфе будет обращено внимание на некоторые особенности, которые имеют место при изменениях эффективности стержней и их градуировочных характеристик.

Необходимо сделать одно важное замечание. Эффективность стержня зависит в большей или меьшей степени от многих характеристик реактора. В реакторах на тепловых нейтронах эффективность стержня заметно зависит от температуры реактора, от концентрации борной кислоты в теплоносителе (в реакторах ВВЭР), от выгорания топлива. Так, например, в реакторах РБМК эффективность поглощающего стержня изменяется на 30 - 40% в зависимости от температуры активной зоны [25].  В реакторах ВВЭР эффективность стержня в зависимости от концентрации борной кислоты в теплоносителе может изменяться в еще более широких пределах. Полная  эффективность всех стержней СУЗ при температуре 20 ⁰С уменьшается в 1,5 раза при росте концентрации борной кислоты от 0 до 8 г/кг [57].  В реакторах на быстрых нейтронах эффективность стержней практически не зависит от температуры реактора, а в процессе кампании ее изменение не превышает 20% [11].

Эффективность стержня  зависит от расположения других стержней в реакторе. Это связано с тем, что эффективность стержня пропорциональна потоку и ценности нейтронов в той области реактора, где он размещен. Введение или извлечение других стержней может привести к изменению потока и ценности нейтронов.

Как на критических сборках, так и на энергетических реакторах наиболее удобно измерять эффективность стержней, используя цифровые или аналоговые реактимеры, основанные на обращенном решении уравнения кинетики. При этом в реакторе создается критическое или слегка надкритическое состояние, после чего в реактор вводится исследуемый стержень. Разность показаний реактимера до и после введения стержня позволяет определить эффективность последнего. Начальный уровень мощности, при котором изменяется эффективность стержня, выбирают с учетом следующих соображений. Желательно иметь такой уровень мощности, чтобы после введения стержня он либо превышал уровень мощности, создаваемый источником нейтронов, либо (при отсутствии источника нейтронов) был достаточен для регистрации детекторами потока нейтронов.

Отсюда можно сделать вывод, что стержень надо вводить в критическую систему по возможности быстро. И чем медленнее вводится стержень, тем более высокий начальный уровень мощности необходим. Поясним эти соображения на примере. Пусть эффективность стержня ~ 1 β_эф. Если стержень введен в критический реактор мгновенно, то мощность реактора за очень малое время (доли секунды) уменьшится почти в 2 раза, а затем будет спадать приблизительно по экспоненциальному закону с постоянной времени ~ 0,05 с^-1 (см.гл.1). Пусть далее чувствительность регистрирующей аппаратуры такова, что она уверенно регистрирует поток нейтронов при мощности ω_мин. Без источника нейтронов и при мгновенном введении стержня начальный уровень мощности можно выбрать равным примерно 7 ω_мин и более. Если при отсутствии источника нейтронов стержень вводится медленно, скажем, за 200 с, то мощность за время движения стержня упадет по крайне мере в 70 раз. Следовательно, для уверенного изменения начальный уровень мощности необходимо выбрать равным около 70 ω_мин и более.