2.8 Обусловленное выгоранием изменение произведения рf

Как было указано в п.2.3 выгорание - это понятие, характеризующее факт значительного уменьшения делящегося вещества после длительного периода эксплуатации реактора. Цикл - это интервал времени от момента начала работы реактора со свежезагруженным топливом до момента, когда это топливо выгорит до такой степени, что возникнет необходимость в загрузке свежего топлива. Таким типичным интервалом является год.

Для компенсации эффекта выгорания в начале цикла используются поглотители, которые введены в активную зону. Для этих целей в промышленных ВВР и ВК используются различные поглотители (см. п. 2.3).

Водо-водяные реакторы: В водо-водяных реакторах в начале цикла в теплоноситель добавляется некоторое количество борной кислоты. Бор является сильным поглотителем тепловых нейтронов. По мере выгорания топлива содержание бора в теплоносителе соответственно убирается вплоть до нуля к концу цикла. Добавка бора приводит к (желаемому) сильному снижению коэффициента использования тепловых нейтронов f и изменению его зависимости от коэффициента замедления. Эта зависимость для двух различных концентраций бора показана на рис. 2.13.

Р ис. 2.15. Характер изменения pf или k в зависимости от коэффициента замедления при различных концентрациях бора.

m₀ - заданный конструкцией замедления для рассматриваемого ВВР.

В отличие от двойного логарифмического представления, показанного на рис. 2.12-2.14, шкалы имеют линейные деления. Соответственно изменилась форма кривой.

Рис. 2.14 относится к теплоносителю без добавки бора; добавка бора приводит к изменению формы и положения кривой. На рис. 2.15 показано, что с увеличением концентрации максимум смещается к меньшим значениям k_ и влево (к меньшим значениям m). Таким образом, если хотят, чтобы реактор постоянно работал в недозамедленном режиме, то нельзя завышать добавку борной кислоты, потому что в противном случае максимум кривой сместится влево за конструктивно обусловленное значение m₀.

Необходимо, далее, иметь в виду, что постоянное значение m₀ для горячего реактора, из-за меньшей плотности воды, лежит левее, чем для холодного, поэтому достаточно, чтобы условие недозамедления выполнялось для реактора только в рабочем состоянии, т.е. для горячего реактора. Фактически для ВВР в холодном состоянии и при максимальной концентрации бора (в начале цикла перед подъемом мощности концентрация бора ок. 1 300 частей на миллион) мы будем находиться справа от максимума. Этот момент будет подробно рассматриваться в п. 3 пособия.

По мере выгорания происходит соответствующее снижение концентрации бора и к концу цикла она сводится к нулю. Тем самым максимум (рис. 2.15) смещается вправо, а реактор все более переходит в недозамедленную область.

Кипящие реакторы: В кипящем реакторе использовать добавку бора в теплоноситель для компенсации выгорания не представляется возможным. Здесь для этой цели используются поглощающие (отравляющие) листы размещенные между твэлами. Эти компоненты с поглощающими веществами (например, бором), в течение цикла постепенно выгорают, вводя таким образом положительную реактивность. Остальная часть компенсации выгорания обеспечивается управляющими стержнями, которые заполнены бором и также находятся между твэлами. В начале цикла они глубоко введены в активную зону и по мере выгорания постепенно выводятся, приближаясь к концу цикла к позиции полного выведения.

За счет выведения управляющих стержней во время цикла изменяется коэффициент замедления: он увеличивается, потому что зазоры управляющих стержней заполняются водой. В начале цикла система является недозамедленной как в холодном, так и в горячем состоянии (т.е. при рабочей температуре), а к концу цикла это будет относиться только к горячему состоянию. К концу цикла в холодном состоянии (m больше, чем в горячем состоянии, система более замедлена) система может перейти в перезамедленную область. С точки зрения безопасности системы это допустимо, т.к. решетка топливных стержней (в пределах твэла) сама по себе, без воды в зазорах управляющих стержней, по-прежнему остается недозамедленной и в холодном состоянии, а температура воды в зазорах лишь с большой задержкой следовала бы за повышением температуры в твэлах. Дополнительная информация по этому вопросу также дается в п. 3 пособия.

Проведенное рассмотрение в п.п. 2.5, 2.7 и 2.8 относилось к бесконечной гетерогенной размножающей среде и, в частности, касалось вопроса о пространственно-энергетическом распределении нейтронов в ней (рис. 2.10). В реальном гетерогенном реакторе (среде конечных размеров) пространственно-энергетическое распределение потока нейтронов значительно сложнее и может быть рассмотрено в два этапа.