11. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕАКТОРА
11.1. Способы управления цепной реакцией деления
Регулирование работы реактора можно осуществлять, тремя способами, а именно, управляя рождением нейтронов, их поглощением, а также утечкой нейтронов из АЗ.
DÑ2j + k¥åаj - åаj =dφ/dt
Скорость образования нейтронов (k¥åаj) можно регулировать, варьируя количество ядер топлива в активной зоне.
Это позволяет обеспечить большие изменения реактивности путем создания регулирующего органа, состоящего из топлива (например, в нижней части) и поглотителя нейтронов (в верхней части). Таким образом, выведение поглотителя из активной зоны сопровождается одновременным вводом топлива и наоборот. Наряду с высокой эффективностью этот способ управления реакцией деления имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью перемещения такого ответственного элемента активной зоны, как ТВС. Поскольку должен быть обеспечен надежный теплосъем, то усложняется конструкция регулирующего органа. Кроме того, возникает необходимость перемещения в больших реакторах значительных по массе конструкционных элементов, в которых появляются дополнительные динамические нагрузки. Поэтому указанный способ управления цепной реакцией деления применяется редко.
Чаще всего топливо с различной степенью обогащения размещают в реакторе для выравнивания (профилирования) потока нейтронов.
Способ регулирования реактора путем изменения скорости утечки нейтронов (DÑ2j) может применяться только в реакторах с небольшими активными зонами. Утечка нейтронов в таких реакторах велика, и изменение ее, например, путем перемещения отражателя нейтронов или части его приводит к достаточно большому изменению реактивности. Такой способ применяется, например, в исследовательских реакторах на быстрых нейтронах и в реакторах для ядерных ракетных двигателей (ЯРД).
Способ управления цепной реакцией деления путем изменения количества поглощающих нейтроны веществ (åаj) нашел наиболее широкое применение. Используются твердые, жидкие или газообразные материалы, содержащие ядра с большими (более 100 б) сечениями поглощения нейтронов (см. табл.11.1). Для сравнения - эффективное сечение захвата нейтронов для стали ОХ18Н9Т (одного из основных конструкционных материалов, широко применяемых в реакторостроении) составляет 2,8 б.
Вне зависимости от материала-поглотителя можно различать следующие основные методы управления цепной реакцией за счет изменения количества поглотителя в активной зоне:
– ввод в активную зону стержней-поглотителей;
– изменение уровня жидкого поглотителя в активной зоне, концентрации поглощающих ядер в растворе или какого-либо параметра, приводящего к изменению количества ядер-поглотителей в активной зоне. В частности, поглотитель можно вводить в жидкий замедлитель или теплоноситель («мягкое регулирование»);
– изменение в активной зоне давления газообразного поглотителя;
– размещение в активной зоне выгорающего поглотителя. Выгорание поглотителя должно быть согласовано с выгоранием ядерного топлива. Выгорающий поглотитель может быть использован как некоторая составляющая композиции твэла или в виде самостоятельных элементов. При использовании выгорающих поглотителей значительно уменьшается диапазон изменения реактивности за счет выгорания ядер делящегося вещества.
Применение выгорающего поглотителя дает следующие преимущества:
а) при одном и том же объеме активной зоны может быть увеличение загрузки топлива, что позволяет увеличить продолжительность работы данной активной зоны без перегрузки;
б) количество стержней компенсации начальной избыточной реактивности сокращается;
в) выгорающие поглотители можно использовать для выравнивания энергораспределения.
В табл. 11.1 приведены сведения о свойствах материалов, которые можно использовать для регулирования реактивности. Сечения поглощения даны для нейтронов с энергией 0,0253 эВ. В области тепловых нейтронов сечения поглощения большинства элементов изменяются обратно пропорционально скорости нейтронов (закон 1/v). В области энергии нейтронов в несколько электрон-вольт и выше многие, приведенные в табл. 11.1, элементы имеют резонансы в сечениях поглощения. Такие нуклиды поглощают как тепловые, так и надтепловые нейтроны, попадающие в процессе замедления в область резонансов.
Таблица 11.1. Характеристики некоторых поглощающих материалов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
