2.3. Микрораспределение энерговыделения.

Рассмотренные выше неравномерности энерговыделения харак­теризуют собой "макрополе". На них накладываются локальные отклонения энерговыделений от средних значений в данном районе.

Микрораспределение энерговыделения в активной зоне реактора характеризуется коэффициентом Кк, описывающим неравно­мерность мощности твэл в кассете.

По определению коэффициент неравномерности мощности в кассете равен:

_{max _}

Кк_i = Qk_i / Qk(2.3),

_{max _}

где Qk_i , Qk - максимальная и средняя мощность твэл в данной кассете.

Появление микронеравномерности в основном связано с избы­точным (по сравнению со средним в данном районе) замедлением нейтронов из-за локального повышения концентрации замедлителя нейтронов. Для активной зоны ВВЭР это выражается в наличии водяных зазоров между кассетами. Эти конструкционные зазоры в 3 мм между чехлами ТВС необходимы для свободного извлечения (установки) кассет при перегрузке топлива. Теплоноситель(он же замедлитель), который проходит через эти зазоры, вызывает избыточное замедление и относительно малое поглощение нейтро­нов. Это значит, что на границе кассета-теплоноситель сущест­вует локальный всплеск тепловых нейтронов, а значит, и ло­кальный всплеск энерговыделения на периферийных твэлах (см. рис.2.3).

Как видно из рисунка, наибольшая неравномерность возника­ет в углах кассеты, где образуются наибольшие локальные скоп­ления "избыточной" воды.

Неравномерность энерговыделения по твэлам внутри ТВС обусловлена также влиянием соседних ТВС, имеющих иное обога­щение или выгорание.

Особенно высока энергонапряженность твэлов в ТВС, распо­ложенных на границе активной зоны, поскольку они одной или несколькими гранями обращены к воде. Наличие достаточно боль­ших концентраций бора в теплоносителе в начальный период ра­боты между перегрузками снижает величину всплеска потока ней­тронов у периферии активной зоны (см. рис.2.4). Для того, что­бы еще более снизить энергонапряженность твэлов периферийных ТВС, в конструкцию всех ВВЭР введен "граненый пояс" (см. п.7.3), обеспечивающий достаточное поглощение тепловых нейтронов вблизи границы крайнего ряда рабочих кассет. Ухуд­шение свойств отражателя, связанное с установкой граненого пояса, приводит к сокращению кампании реактора на 2%. При от­сутствии граненого пояса тепловая мощность реактора в значи­тельной степени ограничивается допустимой энергонапряжен­ностью твэлов в периферийных ТВС (см. п.5.3).

Одним из возможных способов снижения микронеравномерности энерговыделения, вызванной вышеуказанными причинами, является профилирование свойств тепловыделяющих элементов в кассете. Уменьшение обогащения топлива в периферийных (и особенно в угловых) твэлах позволяет снизить максимум энерговыделения.

Применение твэлов 2-х обогащений позволяет снизить коэффициент неравномерности в кассете ВВЭР-440 на 7%.

На данный момент, ввиду усложнения технологии изготовле­ния и эксплуатации ТВС, признано экономически нецелесообразным применение на ВВЭР-440 рабочих кассет с профилированием твэлов. Эта мера реализована в активной зоне ВВЭР-1000, т.к. увеличение обогащения и размеров ТВС в нем приводит к еще большему увеличению коэффициента Кк.

На практике расчет коэффициента Кк производится на ЭВМ с использованием специальных прикладных программ. Расчет произ­водится для каждого топливного цикла, и результат приводится в НФХ соответствующей топливной загрузки.

Как правило, в эксплуатации вместо коэффициента Кк чаще используют произведение коэффициентов Кк • Кq, т.к. эта вели­чина описывает неравномерность энерговыделения по твэлам ТВС с учетом неравномерности энерговыделения между самими ТВС. Таким образом, произведение Кк•Кq описывает макронеравномер­ность энерговыделения с наложенной на нее микронеравномер­ностью, что весьма важно при проведении расчета по определе­нию допустимой тепловой мощности ЯР.

Согласно "Технологическому регламенту эксплуатации" зна­чение Кк•Кq не должно превышать 1,75. Реальные величины Кк•Кq в течение топливного цикла представлены на рис.4.2.