Эффекты реактивности, связанные с изменениями технологических параметров реактора, страница 2

В большом реакторе на быстрых нейтронах (электрическая мощность 1000МВт) с натриевым теплоносителем и топливом в виде смеси UО₂ + PuО₂ можно выделить следующие основные составляющие ТКР. В результате увеличения объема появляется отрицательная составляющая реактивности, которая по абсолютному значению те меньше, чем больше размер реактивности. Уменьшение плотности натрия и частичное уменьшение его объема за счет увеличения размеров твэлов приводят к появлению положительной составляющей ТКР. Однако эта составляющая оказывается сравнительно небольшой, а для реакторов малого  объема она имеет отрицательный знак. Значительная отрицательная составляющая в ТКР появляется из-за доплер-эффекта. С ростом температуру резонансы в сечениях ²³⁸U уширяются, что приводит к уменьшению блокировки сечений и, следовательно, к росту сечения поглощения. Доплеровская составляющая ТКР тем больше, чем мягче спектр нейтронов. Это значит, что чем больше размеры реактора, тем больше эта составляющая по абсолютному значению. Доплер-эффект вносит отрицательную составляющую и вследствие уширения резонансов сечений таких ядер, как ²⁴⁰Pu, конструкционных материалов. Однако для делящихся ядер (²³⁵U, ²³⁹Pu, ²⁴¹Pu) уширение резонансов приводит к появлению положительной составляющей ТКР. Это связано с тем, что для таких ядер в резонансной области отношение сечений деления к сечению радиационного захвата может быть больше1. Однако основной вклад в ТКР вносит доплер-эффект на ядрах ²³⁸U, что обусловлено, во-первых, большой его концентрацией и большими коэффициентами блокировки

В табл.12.1 приведены составляющие ТКР для нескольких реакторов на быстрых нейтронах и большой мощности. Важно отметить, что ТКР для реакторов на быстрых нейтронах отрицателен и, как показывают расчеты и эксперименты, слабо зависит от температуры и глубины выгорания топлива.

Т а б л и ц а 12.1. Составляющие ТКР, 10 ^{– 6} (Δk / k_эф) / ⁰С

В реакторах на тепловых нейтронах даже качественное описание температурного эффекта реактивности оказывается гораздо сложнее, что связано с более выраженной гетерогенной структурой таких реакторов и заметным изменением микроскопических сечений в зависимости от температуры.

Рассмотрим основные составляющие ТКР для водо-водяного реактора. В диффузионном приближении k_эф = k_∞ / (1 + М² В²), а k_∞ можно выразить формулой четырех сомножителей: k_эф = μ φ θ η.

Эффективное число вторичных нейтронов на один поглощенный в ²³⁵U нейтрон η с ростом температуры уменьшается, поскольку сечение радиационного захвата нейтронов ядрами ²³⁵U спадает с ростом энергии медленнее, чем сечение деления. Поэтому ∂η / ∂Т < 0. Величина ∂η / ∂Т  сравнительно мала. Коэффициент использования тепловых нейтронов θ с повышением температуры растет главным образом из-за уменьшения отношения объема замедлителя к объему топлива. Это связано с расширением топливных элементов. Поэтому всегда ∂θ / ∂Т >0. Коэффициент размножения на быстрых нейтронах μ также увеличивается  с ростом температуры. Это опять же объясняется тем, что уменьшаются плотность и объем замедлителя, тем самым облегчается возможность быстрым нейтронам вызывать деление до того, как они потеряют энергию в результате замедления. Поэтому ∂ μ / ∂Т >0. Вероятность избежать резонансного захвата φ падает с ростом температуры, что главным образом обусловлено ростом захвата резонансных нейтронов из-за доплер-эффекта ∂ φ / ∂Т < 0. Утечка нейтронов, как уже было показано, увеличивается  с ростом температуры, что приводит к отрицательной составляющей ТКР.