2.2. Макрораспределение энерговыделения.

Макрораспределение энерговыделения в активной зоне реак­тора характеризуется коэффициентами неравномерности Кz и Кq. Где Кz - коэф-т неравномерности энерговыделения по высоте ак­тивной зоны, а Кq - коэф-т неравномерности энерговыделения по кассетам. Коэффициенты неравномерности энерговыделения опре­деляются как отношение максимального значения энерговыделения к среднему значению по данному измерению:

_

Кi = Qi^max / Qi (2.1).

По определению коэффициент неравномерности энерговыделе­ния по кассетам равен:

_max _

Кqi = Q_твсi / Q_твс (2.2),

_max _

где Q_твсi, Q_твс - максимальная и средняя мощности ТВС в активной зоне (обычно индексом i конкрети­зируется местоположение ТВС в активной зоне, т.е. ее координата).

Согласно "Технологическому регламенту эксплуатации" зна­чение Кq не должно превышать 1,5. Реальные величины Кq приве­дены на рис.4.2.

Снижение неравномерности энерговыделения по активной зо­не, а значит, и уменьшение Кi, позволяет снимать с нее боль­шую тепловую мощность без превышения ограничений а), б) и в) (см. выше).

На практике снижение неравномерности энерговыделения по кассетам достигается специальным распределением топлива по активной зоне (физическое профилирование), при котором обес­печиваются более высокие размножающие свойства топлива в зо­нах с пониженным энерговыделением (вблизи границ активной зо­ны) и пониженные размножающие свойства в зонах с повышенным энерговыделением (в центральной области активной зоны). Вся активная зона разбивается на ряд концентрических областей (для ВВЭР-440 3 зоны с топливом 1,6;2,4 и 3,6% обогащения) и топливо с более высокими размножающими свойствами (большим обогащением) помещается во внешнюю область, а с более низкими размножающими свойствами (меньшим обогащением либо частично выгоревшие ТВС) - в центральные зоны.

Теоретически возможно применение физического профилирова­ния по высоте активной зоны путем набора твэлов из топливных таблеток различного обогащения. На практике, в ядерной энер­гетике, этот метод, так же как и другие виды профилирования для уменьшения Кz, применения не нашел ввиду экономической нецелесообразности.

Помимо упомянутых целенаправленных мер, на уменьшение не­равномерности энерговыделения влияют некоторые эффекты само­регулирования в активной зоне, связанные с неравномерным по зоне проявлением мощностного эффекта реактивности, отравления ксеноном - 135 и выгорания топлива (см. раздел 3). Более ин­тенсивно эти процессы происходят в областях с более высокой мощностью (т.е. там, где больше нейтронный поток), что приво­дит к большему снижению размножающих свойств топлива в этих областях. Эффект "самовыравнивания" поля в ходе эксплуатации приводит к дополнительному снижению неравномерности энерговы­деления, что наглядно представлено на рис.4.2.

Макрораспределение мощности, определяемое свойствами топлива по активной зоне, подвергается значительным искажениям за счет влияния органов СУЗ, которые являются наиболее силь­ным источником неравномерности энерговыделения в реакторах типа ВВЭР.

Во время работы реактора на мощности все кассеты АРК, за исключением 6-й регулирующей группы, взведены и находятся на ВКВ и, следовательно, практически не вносят искажения в расп­ределение нейтронного потока. Наличие жидкого поглотителя (борное регулирование) позволяет оставить 6-ю группу в проме­жуточном положении, обеспечивающем наиболее равномерное расп­ределение плотности потока нейтронов по высоте и радиусу ак­тивной зоны.

При работе ВВЭР-440 на номинальной мощности энергонапря­женность активной зоны настолько велика, что перекос нейтрон­ного поля при введении в активную зону отдельных сборок или группы АРК может привести к недопустимому росту температуры в отдельных ТВС. Учитывая, что тепловая мощность ЯР пропорцио­нальна интегралу плотности потока нейтронов по всему объему активной зоны, можно принять, что мощность реактора пропорци­ональна и его радиальной составляющей, т.е. площади, ограни­ченной кривой радиальной составляющей нейтронного потока. По­этому при погружении кассеты АРК в активную зону и неизменной тепловой мощности реактора, нейтронный поток в противополож­ном от опустившейся кассеты районе должен вырасти так, чтобы площадь, ограниченная кривой распределения нейтронного потока при номинальной мощности и полностью извлеченных кассетах АРК, осталась неизменной. Это означает, что на рис.2.1 зашт­рихованные площади над и под штриховой линией должны быть равны. При этом энерговыделение в ТВС, расположенных в районе нейтронного потока Ф₁^max , увеличится, а соответственно возрастет (и, возможно, превысит допустимые значения) температура теплоносителя на выходе из этих кассет. Поэтому для каждого типа реакторов рассчитывается и затем экспериментально прове­ряется зона регулирования рабочей группы ОР СУЗ. При этом од­нако необходимо помнить, что высота регулирующей группы АРК должна быть достаточной для отработки возникающих во время работы возмущений по реактивности (т.е. дифференциальная эф­фективность группы АРК должна быть достаточно большой). В ВВЭР-440 такой оптимальный интервал рабочего положения 6-й регулирующей группы находится в пределах 150-200 см (см. рис.2.2). В этом интервале дифференциальная эффективность 6-й группы АРК составляет 1,2•10^-4 1/см, а скоростная эффективность (рабочая скорость перемещения АРК - 2 см/с) ~ 2,4•10^-4 1/с.

В качестве дополнительного средства уменьшения высотной неравномерности энерговыделения может быть использовано не­равномерное размещение по высоте кассеты выгорающего поглоти­теля. Этот метод был применен в реакторах ВВЭР-365 (2-й блок НВАЭС) и ВВЭР-440 3-го блока НВАЭС.