Г л а в а 12
ЭФФЕКТЫ РЕАКТИВНОСТИ, СВЯЗАННЫЕ С ИЗМИНЕНИЯМИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕАКТОРА
§ 12.1. ВВОДНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
В процессе эксплуатации реактора происходит как запланированные, регламентные, так и неожиданные, аварийные изменения технологических параметров – температуры, расхода теплоносителя, уровня мощности, положения стержней в зоне, состава топлива и т.д. Любое изменение технологического параметра в большей или меньшей степени оказывает влияние на реактивность реактора. Поэтому для нормальной эксплуатации и особенно для прогнозирования поведения реактора в аварийных ситуациях необходимо знать, как изменяется реактивность системы при изменении технологических параметров. При этом следует учитывать, что технические параметры тесно связаны друг с другом, вариация одного из них приводит к изменениям других параметров, например если снизить расход теплоносителя, то это приведет к росту температуры в реакторе, а суммарный эффект реактивности будет обусловлен в данном случае двумя эффектами. Эффекты реактивности, возникающие при изменении того или иного технологического параметра, удобно характеризовать коэффициентами реактивности, которые определяются как приращение реактивности, отнесенное к изменению технологического параметра. Коэффициент реактивности для данного параметра обычно слабо зависит от других параметров реактора. Поэтому изучают коэффициенты реактивности для данного параметра, стремясь, другие технологические параметры реактора поддерживать неизменными.
На критических сборках имеются весьма ограниченные возможности для моделирования таких эффектов реактивности. В связи с этим во время ввода реактора в эксплуатацию предусматриваются исследования эффектов реактивности и коэффициентов реактивности, обусловленных изменениями технологических параметров.
§ 12.2. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭФФЕКТ РЕАКТИВНОСТИ
Под температурным эффектом реактивности понимают изменения реактивности реактора при данном изменении температуры реактора. Температурный эффект реактивности характеризуют температурным коэффициентом реактивности ТКР – отношением приращения реактивности к приращению температуры. При этом предполагается, что весь реактор имеет одинаковую температуру и одинаковое приращение температуры по всему реактору. Обычно ТКР зависит от температуры. Температурный эффект реактивности обусловлен тем, что геометрические размеры реактора, плотность его материалов и, следовательно, макроскопические сечения взаимодействия нейтронов с ядрами зависят от температуры. Кроме того, изменения температуры влияют на эффективные микроскопические сечения взаимодействия вследствие изменения средней энергии тепловых нейтронов и резонансной блокировки сечений из-за доплер-эффекта.
Рассмотрим качественно различные составляющие температурного эффекта реактивности. Отметим, прежде всего, что для реактора, состоящего из гомогенной смеси материалов, рост температуры приводит к увеличению геометрических размеров реактора и, следовательно, к уменьшению плотности ядер. Если при этом пренебречь изменениями микроскопических сечений взаимодействия нейтронов с ядрами, то в рассмотренном случае рост температуры приведет к появлению отрицательного эффекта реактивности. Качественно это связано с тем, что с ростом размеров реактора увеличивается его поверхность и, следовательно, утечка нейтронов, а количество источников нейтронов в реакторе остается неизменным, поскольку рост размера реактора приводит к уменьшению плотности ядер. Количественно такую зависимость наглядно можно оценить, рассматривая одно-групповое диффузионное описание реактора. В этом приближении kэф пропорционально k∞, которое не зависит от плотности материалов и обычно пропорционально (1 + М2 В2). Геометрический параметр В2 ~ 1/R2, где R – линейный размер реактора. Таким образом, если размеры реактора увеличиваются на 1%, то В2 уменьшается на 2%. В то же время при этом М2=1/3∑а∑tr + τ2 увеличится на 6%, поскольку макроскопические сечения пропорциональны плотности ядер, которая при увеличении линейных параметров на 1% уменьшится на 3%. В итоге М2 В2 увеличится на 4%, а kэф уменьшится на 4 М2 В2 / (1 + М2 В2)%. Отсюда следует, что чем больше размеры реактора (т.е. меньше М2 В2), тем меньше ТКР.
Все известные энергетические реакторы представляют собой сугубо гетерогенные системы – твэлы в стальной оболочке находятся либо в замедлителе, либо в теплоносителе. Поэтому плотность замедлителя, топлива и конструкционных материалов из-за различия температурных коэффициентов объемного расширения при росте температуры будет изменяться по-разному. Поэтому ТКР зависит не только от состава реактора, но и от его конструкции.
Рассмотрим качественно, чем определяются ТКМ в двух типах реакторов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.