Вопрос 23.

Вопрос 24.

В принципе, конечный результат переотравления реактора ксеноном по прошествии достаточно длительного времени после перехода реактора с одного стационарного уровня мощности (N_p1) на другой стационарный уровень мощности (N_p2) мы с нашими знаниями отравления уже способны предсказать. Действительно: если реактор достаточно длительное время (более трёх суток) работал на постоянном уровне мощности N_p1, то это означает, что к исходу третьих суток работы реактор был стационарно отравлен на этом уровне мощности. И если в этот момент реактор переводится на новый уровень мощности N_p2 и работает на этом новом уровне мощности более трёх суток, то к исходу третьих суток работы реактор явно окажется стационарно отравленным на этом новом уровне мощности. Следовательно, для полной ясности о переходном процессе переотравления реактора ксеноном от одного стационарного уровня до другого, нам нужно ответить на вопрос: как и за счёт чего это происходит? Иначе говоря, нас интересует общая закономерность переходного процесса r_Xe(t) именно в эти трое суток после перехода на новый уровень мощности.

А эта закономерность качественно зависит от того, на меньший или на более высокий уровень мощности переходит реактор.

19.4.1. Характер переотравления реактора после перехода на более низкий уровень мощности. С переходом на более низкий уровень мощности (Ф_{1 ®} Ф₂, Ф₁ > Ф₂) дифференциальное уравнение скорости изменения концентрации ксенона имеет вид:

(19.4.1)

где первые два слагаемых представляют собой скорость прибыли ксенона, а вторые два (отрицательные) - скорость убыли ксенона. И если концентрация йода в момент перехода на более низкий уровень мощности остаётся прежней (стационарной на исходном уровне мощности N_p1), то скорость образования ксенона как непосредственного продукта деления (первое положительное слагаемое) - уменьшается во столько раз, во сколько новое значение плотности потока нейтронов Ф₂ меньше старого значения Ф₁; скорость выгорания ксенона s_a^XeN_Xe(t)Ф₂ тоже уменьшается (и во столько же раз), но разница этих скоростей [g_XeSf⁵ - s_a^XeN_Xe(t)] Ф₂ оказывается величиной положительной, поскольку в условиях стационарного отравления g_XeSf⁵ > s_a^XeN_Xe^ст всегда, что несложно проверить подстановкой конкретных цифр в это неравенство. Физически это означает, что, несмотря на уменьшение скорости расстрела ксенона нейтронами, скорость его образования в первый период времени после перехода на пониженный уровень мощности остаётся более высокой, чем скорость его убыли, то есть концентрация ксенона в этот начальный период времени будет расти.

Далее, по мере уменьшения скорости образования йода начинает всё более заметно уменьшаться скорость образования из него ксенона, из-за чего уменьшается суммарная скорость образования ксенона и в итоге наступает такой момент t^*, когда скорости образования и убыли ксенона сравниваются, и величина производной dN_Xe/dt становится равной нулю. Это означает, что величина N_xe(t) достигает максимума, после чего dN_Xe/dt становится величиной отрицательной, а функция N_xe(t) - убывающей функцией.

Заметили ли Вы, что здесь были почти повторены те же рассуждения, что и в случае останова реактора?

Итак, закономерностью изменения концентрации ксенона после снижения уровня мощности реактора является первоначальное нарастание концентрации его до некоторого максимального значения и последующее снижение концентрации ксенона до стационарного значения на новом (пониженном) уровне мощности. То есть, если перейти от концентраций ксенона к потерям реактивности за счёт отравления реактора ксеноном, то график переотравления реактора будет иметь вид, показанный на рис.19.8.

Рис.19.8. Характер переотравления реактора ксеноном после снижения уровня мощности.

Таким образом, переходный процесс r_Xe(t) после снижения мощности реактора имеет характер перехода от более высокого на старом уровне мощности стационарного отравления к менее высокому стационарному отравлению на новом уровне мощности, и этот переход осуществляется не монотонно, а через йодную яму, тем более глубокую, чем выше исходный уровень мощности N_p1 и чем ниже уровень мощности N_p2.

Самая глубокая из йодных ям, которую только возможно получить, (догадались?) является йодная яма после снижения мощности реактора от номинальной (N_p1 = N_p^ном) до нуля (N_p2 = 0), то есть после останова реактора с номинальной мощности. Таким образом, йодная яма после останова реактора может рассматриваться как частный случай после снижения мощности реактора до полной его остановки.

2. Переотравление реактора после повышения уровня мощности. Подставляя в уже упоминавшееся уравнение скорости изменения концентрации ксенона величины физических констант и значения Ф₁ и Ф₂ > Ф₁, нетрудно на любых конкретных цифрах убедиться, что в первые моменты после перехода реактора на более высокий уровень мощности величина скорости убыли ксенона (последние два слагаемых) при любых соотношениях плотностей потока нейтронов Ф₂/Ф₁ > 1 будет больше скорости прибыли ксенона (первые два положительных слагаемых).

А это значит, что сразу после увеличения мощности величина производной dN_Xe/dt - величина отрицательная, и концентрация ксенона в первый период после увеличения мощности реактора падает. Физически это объясняется тем, что сразу после увеличения мощности в первую очередь возрастает скорость расстрела ксенона нейтронами, в то время как скорость его образования в начальный период после увеличения мощности остаётся практически прежней: хотя скорость генерации ксенона как непосредственного продукта деления и возрастает, но она всё же почти на два порядка ниже скорости образования ксенона из распадающегося йода, а последняя - в первый небольшой период времени после увеличения мощности остаётся практически той же, что и была до увеличения мощности (то есть стационарной).

Но по мере увеличения концентрации йода за счёт непосредственного выхода из реакции деления (её величина устремляется к новому, более высокому стационарному значению, пропорциональному более высокому уровню мощности N_p2) растёт скорость его b-распада, а это значит, что растёт скорость образования из него ксенона, и уменьшение общей скорости образования ксенона с течением времени начинает «тормозиться».

Это будет продолжаться до того момента t*, когда скорости образования и убыли ксенона сравняются, то есть величина производной dN_Xe/dt станет равной нулю, и падение концентрации ксенона прекратится (функция N_xe(t) достигает минимума), а после этого момента t* концентрация йода возрастёт уже настолько, что скорость его распада (равная скорости образования из него ксенона) в сумме со скоростью непосредственного образования ксенона как осколка деления начнёт превышать суммарную скорость убыли ксенона по обоим каналам убыли.

Это значит, что величина производной dN_Xe/dt становится величиной положительной, а сама функция N_xe(t) - возрастающей. Рост концентрации N_xe(t) после момента t* будет продолжаться до тех пор, пока она не достигнет стационарного значения на новом, более высоком уровне мощности N_p2, то есть приблизительно через трое суток.

Качественный характер переходного процесса r_Xe(t) в течение этих трёх суток после перевода реактора на более высокий уровень мощности показан на рис.19.9. Как и в случае после снижения мощности, переходный процесс _Хе(t) имеет две монотонные стадии: вначале небольшое разотравление, а затем монотонный переход к более высокому стационарному отравлению на более высоком уровне мощности.

Рис.19.9. Качественный характер переходного процесса переотравления реактора ксеноном

в первые трое суток после перевода реактора на более высокий стационарный уровень мощности.

По аналогии с прижившимся жаргонным термином «йодная яма» переходный процесс нестационарного переотравления реактора ксеноном после его перевода на более высокий уровень мощности в среде операторов принято именовать «йодным холмом», хотя, как вы понимаете, это совершенно неправильно: некоторое уменьшение потерь реактивности за счёт отравления ксеноном в первый период переходного процесса имеет место не вследствие каких-то изменений концентрации йода, а исключительно благодаря тому, что в этот период скорость убыли ксенона вследствие превалирующей скорости его расстрела нейтронами держится выше, чем скорость его образования. Итак:

Переотравление реактора ксеноном после его перевода на более высокий уровень мощности имеет характер перехода от более низкого стационарного отравления (на исходном уровне мощности) к более высокому стационарному отравлению (на более высоком уровне мощности), и этот переход осуществляется не монотонным увеличением потерь реактивности, а через «холм», обусловленный временным снижением концентрации ксенона вследствие его интенсивного расстрела нейтронами в первый период переходного процесса.

Высота холма будет тем больше, чем больше соотношение Ф₂/Ф₁. Время наступления его максимума t* также определяется соотношением конечной и начальной мощностей реактора, но по сравнению со временем наступления максимума йодных ям после снижения уровня мощности это время имеет меньшие величины (от 1 до 5 часов).