Зависимость размножающих свойств реактора от замедлитель-уранового отношения.

К ак видно из рисунка, существует некоторое значение (N^з/N^U)_max, соответствующее максимуму k_эф. Увеличение N^з/N^U выше этого значения ведет к уменьшению k_эф благодаря, в основном, уменьшению коэффициента теплового использования (θ). Уменьшение N^з/N^U ниже указанной точки ведет также к уменьшению k_эф, но уже вследствие уменьшения вероятности избежать резонансного захвата (φ).

Если N^з/N^U < (N^з/N^U)_max – реактор является “недозамедленным”, если N^з/N^U > (N^з/N^U)_max, то “перезамедленным”. На практике водо-водяные реакторы конструируются недозамедленными. В этом случае с увеличением температуры воды водо-урановое отношение уменьшается из-за уменьшения плотности воды. И, как следствие, уменьшается k_эф, что способствует саморегулированию реактора.

Если бы реактор был спроектирован перезамедленным, то в этом случае уменьшение водо-уранового отношения, связанное с увеличением температуры, приводила бы к увеличению k_эф. Т.е. эксплуатация перезамедленного реактора связана с большим уровнем ядерной опасности.

7. Управление ядерным реактором. Понятие реактивности. Поведение реактора при скачке реактивности. Понятие о мгновенной критичности реактора.

Управление ядерным реактором может осуществляться:

– путём введения в активную зону веществ, имеющих высокое сечение поглощения. Эта схема реализована во всех энергетических реакторах. Поглотители вводятся в зону в виде специальных регулирующих стержней или в виде добавок к теплоносителю (в реакторах с водой под давлением – борная кислота). Регулирование поглощающими стержнями используется для оперативного изменения реактивности.

Жидкостное регулирование (борной кислотой) применяется для компенсации медленных изменений реактивности, связанных с выгоранием ядерного топлива. В теплоноситель вводится борная кислота Н₃ВО₃, содержащая ядра ¹⁰В поглощающие нейтроны. В начальный период работы реактора когда ядер топлива много, концентрация кислоты максимальна. По мере выгорания топлива концентрация кислоты снижается.

При помещении в активную зону поглощающих элементов, например, бора коэффициент размножения уменьшается (вводится отрицательная реактивность), так как часть нейтронов поглощаясь на ядрах бора, выбывает из цепной реакции. То есть, уменьшается вероятность поглощения нейтронов в топливе. При выводе поглотителей эта вероятность растёт, следовательно, увеличивается коэффициент размножения.

– путём изменения геометрических параметров активной зоны (изменение положения отражателя, внесение или вывод делящихся материалов, введение вытеснителей).

– с помощью изменения интенсивности источника нейтронов

– с использованием различных эффектов реактивности (изменение температуры конструкционных материалов, паросодержания и т.п.). Эффекты реактивности широко используются при управлении энергетическими реакторами (например, продление кампании на мощностном эффекте, когда понизив мощность реактора, можно получить дополнительную реактивность и проработать ещё некоторое время).

Практическая реализация управления реактором.

Для целей регулирования наиболее подходящими являются следующие химические элементы: бор, кадмий, самарий, европий, гадолиний, индий.

Органы управления реактором входят в состав системы управления и защиты (СУЗ) реактора.

Поглотитель СУЗ ВВЭР-1000, ПС СУЗ, – это пучок из 18 поглощающих элементов ПЭЛ, соединенных с помощью пружин индивидуальной подвески с общей захватной головкой. ПЭЛ представляет из себя стержень, выполненный из трубки, наружным диаметром 8,2 мм и толщиной стенки 0,5 мм, наполненной поглотителем нейтронов - карбидом бора с плотностью 1,7 т/м³ и титанатом диспрозия.

Титанат диспрозия применен на нижних 30 см, которые при работе ПС СУЗ в составе рабочей группы находятся в зоне, т.е. подвержены выгоранию. Нейтронно-физические свойства титаната диспрозия таковы, что он выгорает в меньшей степени, чем карбид бора, увеличивая таким образом срок службы ПС СУЗ с сохранением достаточной их эффективности. Кроме того, титанат диспрозия увеличивает физический вес ПС СУЗ, что важно для обеспечения скорости падения ПС СУЗ при срабатывании АЗ.

В реакторе ВВЭР имеется 61 ТВС с органами регулирования.

В реакторе РБМК управляющие стержни содержат втулки из карбида бора заключенные в трубку из алюминиевого сплава диаметром 50 или 70 мм. Каждый регулирующий стержень помещен в отдельный канал и охлаждается водой контура СУЗ (система управления и защиты) при средней температуре 50°С. По своему назначению стержни делятся на стержни АЗ (аварийной зашиты), в РБМК таких стержней 24 штуки. Стержни автоматического регулирования - 12 штук, Стержни локального автоматического регулирования - 12 штук, стержни ручного регулирования - 131, и 32 укороченных стержня поглотителя (УСП). Всего имеется 211 стержней. Причем укороченные стержни вводятся в АЗ снизу остальные сверху.

Основные режимы в которых возникает необходимость регулирования реактивности:

1. подавление реактивности и создание подкритичности в остановленном реакторе;

2. обеспечение выхода в критическое состояние и подъема мощности до греющего уровня;

3. высвобождение или подавление реактивности при разогреве до рабочей температуры теплоносителя и при выходе на номинальную мощность;

4. высвобождение или подавление реактивности при работе на мощности и выгорании топлива и выгорающих поглотителей;

5. ручное или автоматическое регулирование для поддержания заданной мощности или перехода реактора на другой уровень мощности;

6. быстрое глушение реактора с целью остановки при аварийной ситуации;

7. поддержание критичности при перегрузке на работающем реакторе;

8. высвобождение реактивности при отравлении реактора ¹³⁵Xe и ¹⁴⁹Sm;