6. Вопросы обеспечения ядерной безопасности.

6.1. При пуске яр.

Под пуском реактора понимается вывод его из подкритического в критическое состояние, а затем и надкритическое состо­яние с допустимым периодом разгона до уровня мощности, регис­трируемого пусковой аппаратурой. Первый (физический) пуск ЯР имеет свои особенности и проводится по специальной программе. Здесь же рассматриваются повторные пуски, проводимые после плановых и аварийных остановов ЯР.

Сложность пуска обусловлена большой разницей между плот­ностью потока нейтронов в заглушенном подкритическом реакторе и той, которую начинают контролировать пусковые приборы. По причине сравнительно низкой чувствительности штатной аппара­туры контроля нейтронного потока к плотности нейтронного по­тока, создаваемого спонтанным делением ядер урана, приборы не могут зафиксировать переход через критическое состояние, а регистрируют только подкритическую плотность потока нейтронов. Таким образом, существует возможность того, что на неконтро­лируемом участке нарастание мощности будет идти с недопустимо большой скоростью (т.е. с малым значением Т). Такой режим представлен на рисунке 6.1.( увеличение мощности с периодом Т₂ ). Для момента введения реактивности на шаге +₃ нарастание мощности не контролируется и идет недопустимо быстро.

На рассматриваемом рисунке представлена зависимость изме­нения мощности N от реактивности р в подкритическом и надкри­тическом состояниях при пуске ЯР. Пуск осуществляется шаговым подъемом поглотителей с высвобождением р и выдержкой времени r между шагами  . Чувствительность штатной пусковой аппаратуры контроля нейтронного потока соответствует величине N_МКУ.

Для обеспечения безопасности пуска ЯР на практике исполь­зуют следующие приемы:

1. Увеличивают чувствительность пусковой аппаратуры (на рис.6.1. это соответствует N^*_МКУ < N_МКУ ), т.е. уменьшают диапазон неконтролируемого увеличения мощности при пуске. В этом случае при той же программе высвобождения  мощность достиг­нет контролируемого уровня раньше (в нашем примере - при  подкр.4).

Такой метод используют в исследовательских реакторах и критсборках. У него есть существенный недостаток: увеличение чувствительности нейтронных детекторов снижает их надежность.

На энергетических реакторах применяют разделение системы контроля и защиты по параметрам нейтронного потока на диапа­зоны в зависимости от чувствительности датчиков. На ВВЭР-440 эти диапазоны следующие:

- диапазон источника (ДИ), Ф=0,1-10⁵ нейтр./см²•с;

- промежуточный диапазон (ДП), Ф=10⁴ -10¹⁰ нейтр/см²•с; 8 11 2

- энергетический диапазон (ДЭ), Ф=10⁸ -1,2•10¹¹ нейтр./см²•с. Соседние диапазоны должны перекрываться.

2. Увеличивают мощность внутреннего источника нейтронов (также используется в исследовательских ЯР и критсборках). Этот метод осуществляется введением в активную зону посторон­него источника нейтронов. На рис.6.1 показано, как при той же чувствительности пусковой аппаратуры N_МКУ ЯР выходит на МКУ при _подк.4 , когда N_подкр.4` > N_МКУ .

Сразу после останова из-за фотонейтронов и запаздывающих нейтронов нет необходимости в постороннем источнике, и весь процесс пуска контролируется оператором.

3. Поднимают органы компенсации реактивности по разрабо­танной программе (так же, по программе, производится и водо­обмен).

Эта программа предусматривает такую скорость высвобожде­ния , чтобы мощность N после перехода через критическое сос­тояние успевала увеличиться до контролируемого уровня раньше, чем будет высвобождена опасная реактивность. При этом необхо­димо помнить, что чем ближе ЯР к критическому состоянию, тем быстрее нарастает мощность при постоянной скорости увеличения  (сравните на рис.6.1 приращение мощности при _ш =_под2 и _ш =_под3

Это значит, что программа подъема органов компенсации (водообмена) должна предусматривать уменьшение скорости выс­вобождения р по мере приближения к предполагаемому(рассчитанному) критическому положению ОР СУЗ (С_Н3ВО3^кр). Снижение скорости ввода  осуществляется либо уменьшением шага , либо увеличением времени выдержки между шагами (на рис.6.1 - с r до r_выд ). Благодаря этому мощность в подкритическом состоянии ЯР успевает увеличиться до более высокого контролируемого уровня Nмку при меньшем значении подкритичности  , что означает вывод ЯР на МКУ с большим периодом (рис.6.1 Т₁ >Т₂ ).

Для обеспечения ядерной безопасности при пуске ВВЭР-440 после аварийного останова применяется рассмотренный выше по­шаговый ввод реактивности. Согласно программе подъем 1-5 групп кассет АРК производится шагами по 12,5 см с выдержкой времени между ними по 1-й минуте. Пусковую (6-ю) группу АРК поднимают шагами по 5 см, при этом дают выдержку времени между шагами до установления Т>150 cек. В случае если оператор конт­ролирует плотность нейтронного потока по штатной аппаратуре (выход на МКУ в течение часа после срабатывания АЗ) из-за на­личия фотонейтронов и запаздывающих нейтронов, возможно под­нятие 6-й группы АРК по программе взвода групп 1 - 5. При этом нельзя допускать уменьшения периода менее

60 сек.

При подготовке к пуску ЯР после планового останова необ­ходимо произвести расчет критической концентрации борной кис­лоты с учетом текущей и ожидаемой в момент пуска температуры теплоносителя (см. раздел 4). При С_Н3ВО3^кр < C_Н3ВО3^тек после подъема 1-5 групп АРК на ВКВ, а 6 группы до 50-200 см реактор остается подкритичным, и дальнейшие пусковые операции связаны с прове­дением водообмена (ФСД СВО-1 уже насыщены бором). Ядерная бе­зопасность при выводе ЯР на МКУ водообменом обеспечивается регулированием скорости введения положительной реактивности согласно программе. Первоначально осуществляется программа "большого" борного регулирования - водообмен с расходом до 50 т/час (для В-213) или до 18 т/час (для В-230). При достиже­нии концентрации НзВОз в 1 контуре на 1г/кг выше пусковой расчетной перейти на осуществление программы "малого" борного регулирования - водообмена с расходом до 6 т/час (для В-230 и В-213). При выходе реактора на МКУ водообмен прекратить.

Для компенсации неточности определения критической концентрации НзВОз вводится понятие "пусковой интервал". Пуско­вой интервал принимается равным (при Н_{6 гр} =50-100 см) 0,0075 относительных единиц реактивности.

Контроль за пуском ЯР осуществляется прежде всего по ап­паратуре контроля за плотностью нейтронного потока и ско­ростью его изменения (периоду). Оператору следует помнить, что первым выход на МКУ зафиксирует прибор контроля за периодом. Если после введения положительной реактивности показания при­бора по периоду возвратятся на , то ЯР подкритичен, если ос­танется показание Т< , - надкритичен, при этом изменение по­казания прибора контроля мощности почти незаметно. На практи­ке для энергетических реакторов под выходом на МКУ подразуме­вают вывод их в критическое или подкритическое состояние с максимальным надежно контролируемым периодом.