Стержни-поглотители сб. 2477
В течение всего времени эксплуатации реакторов РБМК с целью повышения безопасности их эксплуатации осуществлялась модернизация оборудования. Значительные объемы модернизации в короткий срок были выполнены после аварии на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986г. Одна из причин, приведших к аварии на ЧАЭС, была связана с конструкцией стержней СУЗ. Недостаток конструкции стержней СУЗ приводил к тому, что при расположении стержня РР на ВК под вытеснителем стержня образовывался столб воды высотой 1,2 м от нижнего среза активной зоны. При погружении стержней СУЗ из крайнего верхнего положения происходит существенное перераспределение нейтронного поля по высоте реактора со смещением максимума в нижнюю часть активной зоны из-за выталкивания столбов воды вытеснителями (см. Рис. 2 -15). При этом плотность потока тепловых нейтронов внизу в несколько раз больше, чем вверху (см. Рис. 2 -16). Поэтому эффективность воды, как поглотителя нейтронов, в нижней части активной зоны выше, чем поглотителя СУЗ в верхней части активной зоны. Образуется положительный выбег нейтронной мощности и реактивности. При малом оперативном запасе реактивности, что имело место на 4-м блоке ЧАЭС 26.04.1986, количество столбов воды в нижней части активной зоны было значительным.
В результате осуществленной модернизации стержней СУЗ исключен положительный выбег реактивности на начальном этапе ввода стержней из их крайнего верхнего положения. Это достигнуто за счет увеличения длины поглотителя до 6,8 м вместо 6,2 м и увеличения длины телескопа до 2.4 м вместо 1.4 м (стержни сб. 2091.00.000-01) В извлеченном состоянии стержня сб. 2091.00.000-01 нижний конец поглотителя располагается на границе верха активной зоны, а нижний конец вытеснителя - на границе низа активной зоны (см. Рис. 2 -17). Стержни УСП переведены на модернизированные с укороченным телескопом и увеличенной длиной поглотителя до 4 м вместо 3,5 м.
Вместе с тем замена стержней СУЗ на модернизированные (сб. 2091.00.000-01) привела и к ряду нежелательных последствий. Так как у стержней сб.2091.00.000-01 при положении на ВК под поглотителем образовался столб воды длиной 2,4 м, то верхняя область активной зоны при работе на мощности оказалась перекрытой решеткой поглотителей из столбов воды, что привело к ее меньшему выгоранию. В результате этого максимальный коэффициент размножения этой области в холодном разотравленном состоянии на 4-5 % процента превышает значение в симметричной нижней области и приводит к уменьшению подкритичности расхоложенного разотравленного реактора. Кроме этого увеличился положительный эффект обезвоживания контура СУЗ в критическом состоянии.
Рис. 2‑15 Схематическое изображение реактивности, вводимой стержнями СУЗ при их движении из верхнего положения (Чернобыльская АЭС, 26.04.1986)
Рис. 2‑16 Аксиальное нейтронное поле в при сбросе стержней СУЗ в режиме АЗ-5 (Чернобыльская АЭС, 26.04.1986)
Для устранения этих негативных эффектов устанавливаются стержни типа 2477.00.000-01 с 7-ми метровым поглотителем и 7-ми метровым вытеснителем. Конструкция стержня не образует столб воды в активной зоне на всем пути перемещения стержня (см. Рис. 2 -17, Рис. 2 -18). Применение стержней 2477.00.000-01 позволило снизить эффект обезвоживания контура СУЗ в критическом состоянии и увеличить подкритичность остановленного реактора. Особенностью конструкции стержня сб. 2477 является последнее звено поглотителя ленточной конструкции. Поглотителем ленточного звена является ортотитанит диспрозия Dy2TiO3. Диспрозий (лат. Dysprosium), Dy - химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 66, атомная масса 162,50, относится к лантаноидам. Металл; плотность 8,66 г/см3; tпл 1409 °C. Название от греч. dysprositos — труднодоступный. Микроскопическое сечение поглощения тепловых нейтронов диспрозия составляет 950 б (для сравнения, естественного бора – 755 б).
Верхняя часть поглотителя стержней сб.2477 состоит из четырех полых звеньев диаметром 74 мм и длиной 4088мм, содержащих карбид бора (используются составляющие стержня БАЗ). В нижней части находится наползающее на вытеснитель ленточное звено длиной 2580 мм, содержащее 18 лент, расположенных по кольцу с наружным диаметром 79,2 мм. В 14-ти лентах в качестве поглотителя использован Dy2TiO3 в порошке. Толщина ленточного поглотителя – 2,0 мм. Внутри ленточного звена расположена телескопическая подвеска длиной 2500 мм. Верхняя часть вытеснителя имеет диаметр 70 мм (для согласования с диаметром ленточного звена), нижняя часть – 74 мм.
Рис. 2‑17 Расположение в реакторе модернизированных стержней СУЗ
Рис. 2‑18 Схема расположения стержня 2477 в крайних положениях