Деев Основы расчета судовых ЯЕУ 2012

зоне при нагревании твэлов. В табл. П.26 представлены результаты расчетов коэффициентов реактивности для проектируемого реактора.

Данные о теплоемкости и плотности топливного материала могут быть рассчитаны по известным объемным долям материалов в композиции твэла. В данном примере эти параметры взяты из литературных источников1: Cт = 300 Дж/(кг К), γт = 8,9 г/см3. Теплоемкость Cтн и плотность γтн воды при давлении 12,7 МПа и средней температуре теплоносителя в реакторе 305,4 С найдем из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара: Cтн = 5730 Дж/(кг К), γтн = 0,71 г/см3. Приведенное к средней температуре топлива в реакторе значение коэффициента теплопередачи между топливом и теплоносителем согласно данным теплового расчета составляет a1 = 12,7 кВт/(м2 К). Объем топлива и теплоносителя в активной зоне реактора рассчитаем по формулам:

Vт = εт Vа.з = 0,4 м3, Vтн = εтн Vа.з = 0,72 м3.

Площадь теплоотдающей поверхности топлива S1 определяется как суммарная площадь боковой поверхности всех твэлов:

S1 = π dтвэлHа.з nтвэл = 235 м2.

Температуру теплоносителя второго контура T0 примем равной температуре насыщения рабочего тела в парогенераторе (246 °С).

шив полученную из (5.25) систему уравнений относительно ε и b2,

1 Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР / И.И. Федик, С.С. Гаврилин, В.П. Денискин и др. // Атомная энергия. 2004. Т. 96. Вып. 4.

С. 276 – 280.

Керметный твэл на основе микротоплива для АСММ с повышенными характе-

при условии равенства нулю производных по времени от определяющих параметров ( N C1 ... CM Tт Tтн 0) найдем

тельное значение, следовательно, рассматриваемая точечная модель реактора устойчива. Если же один или оба коэффициента реактивности принимают положительное значение, устойчивость реактора гарантировать нельзя. В этом случае необходимо проанализировать модель (5.25) на устойчивость по первому приближению. Для этого линеаризуем систему в окрестности критического состояния реактора и рассчитаем ее собственные значения. Для рас-

Все найденные собственные значения имеют отрицательные действительные части. Из этого, согласно теореме Ляпунова об устойчивости по первому приближению, следует асимптотическая

устойчивость системы “в малом” в точке (N ,C1 ,...,CM ,Tт ,Tтн) , что еще раз подтверждает вывод об устойчивости рассматриваемой модели реактора.

Наиболее опасными аварийными ситуациями, которые могут иметь место на транспортной ЯЭУ, являются либо разгерметизация какого-нибудь узла первого контура, либо нарушение нормальной циркуляции теплоносителя. Рассмотрим гипотетическую постулированную аварию, при которой происходит опустошение реактора и замещение горячего теплоносителя холодной водой.

Исчезновение теплоносителя из активной зоны приводит к резкому ужесточению энергетического спектра нейтронов, уменьшению интенсивности процесса деления 235U и 239Pu, к увеличению длины миграции нейтронов, и, следовательно, возрастанию их утечки. Все вместе это обуславливает отрицательное значение эффекта реактивности и приводит к останову реактора.

252

С другой стороны, при потере теплоносителя топливо перестает охлаждаться, что может привести к расплавлению твэлов за счет остаточного энерговыделения, образованию кориума, прожиганию оболочки корпуса реактора, загрязнению реакторного отсека и т.д. Для предотвращения такого развития событий предусматриваются резервные системы охлаждения реактора, обеспечивающие поступление воды в активную зону (из резервных емкостей или непосредственно из моря) и принудительную циркуляцию в первом контуре (за счет энергии дизельных генераторов или аккумуляторов). Замещение вытекающего горячего теплоносителя холодной водой приводит к положительному эффекту реактивности из-за смягчения энергетического спектра нейтронов в реакторе. Если залив реактора холодной водой произошел до срабатывания системы аварийной защиты, это может привести к неконтролируемому росту мощности реактора. В этом случае эффективности системы аварийной защиты и компенсирующих групп должно быть достаточно для подавления положительного выброса реактивности.

Для выяснения вопроса об эффективности системы защиты необходимо вначале определить эффект реактивности (по формуле (5.18) раздела 5 пособия) при заполнении реактора холодной водой (“расхолаживание”) Δρрасх и эффект реактивности при потере теплоносителя (“опустошение”) Δρопуст. Для расчета эффекта “опустошения” проведем расчет kэф реактора с критической свежей загрузкой активной зоны с заменой материала теплоносителя (и отражателя) воздухом. Для расчета эффекта “расхолаживания” изменим температуру (и, соответственно, концентрацию молекул) теплоносителя и отражателя на температуру холодной воды Tв = 273 К (наиболее консервативный вариант расчета). В табл. П.27 приведены значения эффектов, рассчитанные для проектируемого реактора.

Сравнивая данные табл. П.27 с данными, приведенными ранее в табл. П.22, можно сделать вывод, что одних лишь органов АЗ не-

253

достаточно для подавления положительного эффекта Δρрасх. Для полного подавления эффекта Δρрасх необходимо привлечение органов компенсирующей группы (11,8 βэф на начало кампании). Недостатком системы компенсации является ее низкое быстродействие, которая может привести к превышению мощности W реактора предельно допустимого значения Wmax и повреждению топливных элементов. Чтобы ответить на вопрос, превысит ли мощность реактора в ходе рассматриваемого аварийного процесса значение Wmax, необходимо выполнить моделирование по разработанной выше динамической модели РУ. Анализ проектных и запроектных аварий с использованием предложенной выше (или более сложной, распределенной) модели следует рассматривать как полезное и актуальное развитие расчетных исследований в рамках курсового проекта по судовым ЯЭУ.

254

Виктор Иосифович Деев

Николай Васильевич Щукин

Алексей Леонидович Черезов

ОСНОВЫ РАСЧЕТА СУДОВЫХ ЯЭУ

Под общей редакцией В.И. Деева

Учебное пособие

Редактор Коцарева Е.К.

Оригинал-макет подготовлен А.Л. Черезовым

Подписано в печать 15.11.2011. Формат 60х84 1/16

Печ.л. 16,0. Уч.-изд.л. 15,25. Тираж 120 экз. Изд. № 1/16. Заказ № 1

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». 115409, г. Москва, Каширское ш., 31

ООО "Полиграфический комплекс "Курчатовский". 144000, Московская область, г. Электросталь, ул. Красная, д. 42

ДЛ Я З А М Е Т О К

-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -