Эффекты реактивности, связанные с изменением технологических параметров реактора

Реактивность характеризует динамику цепной реакции. Эта величина связана с коэффициентом размножения нейтронов. Сложность заключается в том, что параметры реакторов взаимосвязаны.

При измерении эффектов реактивности, связанных с изменением одного параметра, остальные желательно оставлять постоянными. Влияние каждого эффекта на реактивность характеризуется соответствующим коэффициентом реактивности.

Температурный коэффициент реактивности

- изменение ρ с единичным изменением T (здесь ρ – реактивность). С изменением Т меняется ρ (плотность), из-за чего изменяется концентрация ядер, а следовательно и макросечения. Так с ростом Т плотность снижается, из-за чего уменьшается макросечение (происходит тепловое расширение), что приводит к росту утечки нейтронов и снижению реактивности. Кроме того, с ростом Т уширяются резонансы у ²³⁸U, возрастает сечение поглощения, а следовательно нейтроны поглощаются сильнее (однако при делении нейтронов становится больше – это два конкурирующих процесса).

Данные эффекты приводят к снижению реактивности с ростом Т. В частности это важно для реакторов на быстрых нейтронах. В реакторах на тепловых нейтронах более выраженная гетерогенная структура, из-за чего плотность замедлителя и топлива меняется по разному. Поэтому ТКР зависит не только от состава, но и от конструкции активной зоны.

Влияние Т на ρ в реакторе типа ВВЭР

В реакторах данного типа если растет температура, то макросечения уменьшаются, что приводит к росту утечки и снижению реактивности, кроме того , то есть нейтронов поглощается больше, чем рождается при делении. Для ВВЭР ТКР всегда меньше 0 и зависит от множества факторов (глубина выгорания, борный поглотитель). Расчетные ТКР имеют большую погрешность, поэтому нужно измерять ТКР.

Для измерения ТКР желательно, чтобы все части АЗ имели одинаковую температуру. Для того чтобы добиться этого применяют внешние источники тепла (поскольку в реакторе равновесная температура устанавливается не сразу и вклад в ТКР могут вносить различные составляющие). Измеряют асимптотический ТКР – изменеие реактивности при равномерном изменении Т всей АЗ.

Реактор на быстрых нейтронах

Внешним источником разогревают трубопровод второго контура, за счет чего изменяют температуру активной зоны от 200 до 400ºС. При этом насосы первого контура работают без изменения оборотов (не вносят эффекта реактивности). Реализуется изотермический разогрев (очень медленный – 5-6ºС в час). Для измерения ТКР создают небольшую надкритичность и отключают систему авторегулирования (дабы она, например, не опускала стержни, что привело бы к изменениям активности). Измеряют Т и ρ при низком уровне мощности (чобы исключить неравномерность распределения Т по реактору).

Другой способ измерения: стабилизация всех параметров реактора при различных значениях Т. При этих Т реактор можно стабилизировать на одном и том же уровне мощности при разных положениях стержней.

При исследованиях ТКР первым делом надо искать доплеровский эффектр реактивности, так как при росте температуры ядра урана двигаются быстрее на встречу нейтронам, что приводит к уширению резонансов). А изменение реактивности, связанное с расширением топлива, конструкции реактора можно считать линейно связанными с изменением температуры. Доплеровская же составляющая зависит от Т нелинейно.

Связь между приращением температуры и реактивности

где α – это составляющая ТКР, учитывающая все эффекты, кроме доплеровского; D – доплеровский коэффициент реактивности; Т – абсолютная температура.

Полагая, что реактор подогревается с температуры Т₀, интегрируем:

Это соотношение можно привести к виду где .

Измеряя величины ∆ρ при изменениях ∆Т, получим множество значений x и y, а затем М.Н.К найти α и D.

В ВВЭР ТКР определить сложнее, так как при изменении Т меняется давление теплоносителя в реакторе. Реактивность меняется под действием изменения температуры и давления. Если температура теплоносителя изменится на ∆T₁, а давление на ∆p, то

Далее, сбрасываем давление на ∆p, тогда температура изменится на ∆T₂:

а отсюда можно получить искомую величину:

.

Барометрический коэффициент реактивности

. В ВВЭР при росте давления растет плотность теплоносителя и замедлителя, что ведет к снижению утечки и повышению реактивности.

Если используют борное регулирование, то при росте давления растет концентрация борной кислоты. Когда она превышает значение в 7,5 г/литр, БКР<0.

Вообще говоря, из-за малой сжимаемости воды БКР имеет довольно малое значение. Для ВВЭР оно равняется 2∙10^-6. В реакторах на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем сжимаемость Na мала. Здесь природа изменения реактивности другая (∆ρ изменяется при росте р засчет наличия пузырьков газа в Na и малых смещений конструкций реактора. БКР тут больше 0, его примерное значение 10^-4.

Мощностной эффект реактивности

Изменение ρ при выводе реактора на номинальную мощность, характеризуются мощностным КР: - отношение приращения реактивности к приращению мощности реактора. В целях безопасности реактора МКР должен быть отрицателен.

- мощностной эффектр реактивности.

МКР, как и ТКР зависит от одних и тех же параметров. Но при росте мощности в реакторе создается неравномерное распределение температур (T=2500ºC в центре ТВЭЛа, до 500ºС – температура теплоносителя в реакторе на быстрых нейтронах, до 300ºС – в ВВЭР). Из-за такой неравномерности температур возникает ряд эффектов – например, изгиб ТВЭЛов или ТВС.

Обычно для МКР требуют, чтобы температура теплоносителя на входе в реактор была постоянной. Реально это не всегда выполнимо, поэтому вводят поправку на изменение входной температуры: пусть при изменении W от 0 до номинального значения ρ изменилась на ∆ρ, а T на ∆Т:

Простейший способ измерить МЭР – сравнить положение компенсирующих стержней на минимально контролируемом и номинальном уровнях мощности реактора. МЭР определяется с погрешностью градуировочных кривых эффективностей стержней и завимостей эффективности стержня от мощности реактора.

Способы определения МКР:

а) Пусть реактор в стационарном режиме на мощности W₁. Вводим небольшую реактивность ρ₀>0. Мощность возрастает до W₂: Тогда в пределах от W₁ до W₂ коэффициенты реактивности МКР и ТКР постоянны. Тогда:

где первое слагаемое – ТКР, второе – БКР, а третье – МКР. Отсюда, при известных заранее ТКР и БКР находим МКР. При этом погрешность тем больше, чем меньше вклад мощностного эффекта в изменение реактивности

б) Динамический метод определения МКР.

Изучается зависимость от времени ρ, W, Т теплоносителя и т.д. после введения в реактор малой дополнительной реактивности (скачком). Тогда изменение реактивности во времени:

где f_W(t), f_T(t) – передаточные функции, которые учитывают, что при изменении мощности и/ли Т скачкообразно ρ меняется не мгновенно. Если мощность меняется очень медленно, то f_W(t), f_Т(t) – δ-функции (∞ в 0 и 0 в остальных точках). Тогда

Измеряют ρ, ∆W и ∆Т, после чего решают систему линейных уравнений для ρ₀ и коэффициентов, откуда получают МКР и МЭР.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: