38 Запас реактивности реактора.

Энергетический ядерный реактор создаётся для работы на расчётной (номинальной) мощности в течение довольно длительного времени, называемого кампанией активной зоны реактора.

Это означает: в течение всей кампании реактор должен оставаться критичным.

Представить себе, как создаётся первое критическое состояние реактора: активную зону реактора постепенно заполняют тепловыделяющими сборками до тех пор, пока в ней не начнётся самоподдерживающаяся цепная реакция деления.

В этом случае говорят, что в активной зоне набрана первая критическая масса.

Для длительной работы реактора необходимо загружать в его активную зону топливо сверх критического его количества.

Но просто так этого делать нельзя: как только вы загрузите в активную зону некоторое сверхкритическое количество топлива и реактору будет сообщена положительная реактивность величиной bэ = 0.0064, - реактор станет неуправляемым.

Поэтому загружать сверхкритическое количество топлива в реактор следует с одновременной загрузкой в активную зону компенсирующих поглотителей, которые потому так и названы, что служат для компенсации возникающей положительной реактивности при загрузке в активную зону топлива сверх критического его количества.

Этот компенсирующий поглотитель может быть в виде

подвижные группы стержней,

неподвижно размещаемые в активной зоне твёрдые стержни с выгорающим поглотителем, борная кислота, добавляемая в воду первого контура.

Процесс загрузки сверхкритического количества топлива в активную зону всегда должен сопровождаться синхронным введением в активную зону соответствующих количеств компенсирующих поглотителей.

Общий запас реактивности реактора - это та величина положительной реактивности, которая создаётся за счёт загрузки в активную зону сверхкритического количества ядерного топлива и одновременно нейтрализуется введением в активную зону компенсирующих поглотителей и предназначается для обеспечения требуемой кампании реактора.

Общий запас реактивности - это та величина положительной реактивности, которая могла бы быть высвобождена сразу при мысленном (и только при мысленном!) удалении из активной зоны всех компенсирующих поглотителей.

В величине общего запаса реактивности должна быть такая его часть, которая позволяла бы оператору (или системе автоматики) быстро реагировать на любые быстропротекающие изменения реактивности реактора и компенсировать их с целью поддержания критического режима работы реактора на заданном уровне мощности.

Часть общего запаса реактивности, компенсируемая одними подвижными поглотителями регулирующей группы, называется оперативным запасом реактивности.

Величина общего запаса реактивности в продолжение всей кампании активной зоны реактора, уменьшается, но в любой момент кампании она складывается из оперативного запаса реактивности и запасов реактивности, компенсируемых неподвижными (выгорающими) поглотителями, и органами компенсации реактивности (жидким поглотителем, борной кислотой в воде, содержащейся в объёме активной зоны реактора):

r_{з общ}(t) = r_{з оп}(t) + r_{з вп}(t) + r_{з ж}(t)

В отечественных реакторах типа ВВЭР введено борное регулирование, позволяющее величину оперативного запаса реактивности постоянно поддерживать в пределах, гарантирующих ядерную безопасность реактора.

В режимах нормальной эксплуатации в активную зону частично опущена только регулирующая группа с физическим весом, меньшим величины bэф, остальные девять групп поглотителей полностью извлечены из активной зоны.

Остальная часть общего запаса реактивности компенсируется выгорающими поглотителями и, главным образом, борной кислотой в теплоносителе.

К тому же, введение или выведение борной кислоты в воду первого контура практически не изменяет форму нейтронного поля в реакторе, поскольку она в объёме активной зоны распределяется равномерно.

Величины и общего и оперативного запасов реактивности в процессе эксплуатации реактора изменяются благодаря изменениям потерь реактивности в следующих физических процессах:

выгорание ядерного топлива ;

шлакование ядерного топлива;

воспроизводство ядерного топлива;

выгорание выгорающих поглотителей;

отравление реактора;

изменение концентрации борной кислоты в воде 1 контура;

температурные изменения реактивности.

Величины и общего и оперативного запасов реактивности в процессе эксплуатации реактора изменяются благодаря изменениям потерь реактивности в следующих физических процессах:

выгорание ядерного топлива ;

шлакование ядерного топлива;

воспроизводство ядерного топлива;

выгорание выгорающих поглотителей;

отравление реактора;

изменение концентрации борной кислоты в воде 1 контура;

температурные изменения реактивности.

С точки зрения экономики реактора, а также его безопасности, наиболее благоприятной является минимальная величина ОЗР.

В этом случае, с одной стороны снижается «непродуктивное» поглощение нейтронов стержнями СУЗ (которые могли бы быть затрачены на деление делящихся изотопов, то есть производство энергии), а с другой — уменьшается риск внесения существенной положительной реактивности из-за непредвиденного извлечения поглощающего стержня СУЗ.

В настоящее время при проектировании реакторов считается целесообразным предусматривать по возможности низкий ОЗР.

Нейтронно-физические характеристики уран-графитовых реакторов и реакторов с тяжеловодным замедлителем (например УГР поколения 3+ МКЭР или CANDU) позволяют добиться весьма низкого ОЗР.

Низкий ОЗР характерен также для реакторных установок с быстрым спектром нейтронов, таких как БРЕСТ.