Что такое коэффициент реактивности

Что такое коэффициент реактивности

Состояние работающего реактора характеризуется коэффициентом размножения k в активной зоне. Вместо k для описания поведения реактора часто используется другая величина – реактивность ρ:

Рис. 1. Зависимость реактивности реактора от времени для различных потоков нейтронов J. Отчет времени начинается с момента остановки реактора

В реакторах с высоким значением потока тепловых нейтронов (свыше 10 13 на см 2 в секунду) реактивность заметно спадает после остановки реактора и восстанавливается лишь через несколько десятков часов. На рис. 1 приведена зависимость реактивности от времени после остановки реактора для нескольких значений потока тепловых нейтронов. Это явление называется “йодной ямой”. Механизм йодной ямы таков. При делении 235 U или 239 Pu медленными нейтронами с вероятностью 6% получается осколок 135 Те (теллур), который через 0.5 мин путем β-распада превращается в изотоп иода 135 I. Этот изотоп тоже β-активен, но период его полураспада уже равен 6.7 ч. Продуктом распада 135 I является изотоп ксенона 135 Xe, уже упоминавшийся в начале как сильнейший поглотитель тепловых нейтронов. Изотоп 135 Xe в свою очередь претерпевает β-распад c периодом 9.2 ч и превращается в практически стабильный изотоп цезия 135 Сs. Период полураспада изотопа 135 Сs равен двум миллионам лет (продукт – стабильный изотоп бария 135 Ва). Из всей этой цепи распадов нам важен лишь отрезок

.

В работающем с постоянной мощностью реакторе устанавливается определенная равновесная концентрация ядер 135 Хе. При больших потоках тепловых нейтронов эта равновесная концентрация мала из-за убыли 135 Хе в результате поглощения нейтронов. Интенсивность поглощения пропорциональна потоку нейтронов. При остановке реактора поглощение превращается, а накопившийся в реакторе изотоп 135 I продолжает распадаться. В результате количество 135 Хе начинает расти (см. закон радиоактивного распада) до тех пор, пока не распадается заметная доля иода. Это приводит к временному снижению реактивности реактора. При ограниченном запасе реактивности из-за йодной ямы реактор не удается запускать вскоре после остановки. Например, при запасе реактивности 0.1 и потоке медленных нейтронов 10 14 частиц в секунду на см 2 через полчаса после остановки реактор нельзя запустить в течение полутора суток.

Источник

КОЭФФИЦИЕНТЫ И ЭФФЕКТЫ РЕАКТИВНОСТИ

Коэффициенты реактивности определяются как изменение реактивности при изменении определенной характеристики активной зоны.

Коэффициенты реактивности по определенному параметру позволяют определить величину введенной реактивности при известной величине отклонения параметра:

Размножающие свойства активной зоны и, следовательно, запас реактивности реактора ВВЭР сильно зависят от температуры активной зоны. Как правило, с увеличением температуры, в частности при подъеме мощности, запас реактивности ВВЭР падает (это явление используется для обеспечения безопасности управления реактором). Изменение запаса реактивности при повышении температуры активной зоны обусловлено рядом явлений, происходящих в замедлителе-теплоносителе и в топливе. Это, в первую очередь, уменьшение плотности воды с ростом температуры, приводящее к снижению числа атомов замедлителя в единице объема и, как следствие, к уменьшению замедляющей способности воды. Вследствие этого, а также из-за увеличения кинетической энергии ядер замедлителя (водорода) при повышении температуры воды происходит ужесточение спектра нейтронов, приводящее к изменению нейтронных сечений ядер топлива, теплоносителя и конструкционных материалов и, следовательно, нейтронно-физических характеристик решетки активной зоны. Повышение температуры топлива увеличивает резонансный захват нейтронов изотопом 238 U (эффект Допплера).

Наиболее важную роль при повышении температуры активной зоны играют эффекты:

1) уменьшение сечения поглощения нейтронов в воде, подчиняющегося закону 1/v;

2) уменьшение сечения рассеяния и плотности воды и связанное с этим снижение замедляющей способности воды;

3) уменьшение сечения поглощения и деления урана и трансурановых элементов;

4) увеличение резонансного захвата нейтронов в топливе (эффект Допплера);

5) уменьшение сечения поглощения нейтронов цирконием и ниобием.

Одни из этих эффектов вносят положительный, другие – отрицательный вклад в суммарный температурный эффект. Эффект 1 вносит положительный вклад за счет уменьшения поглощения нейтронов в воде. Эффект 2 дает отрицательную составляющую, которая, как правило, превышает все положительные составляющие температурного эффекта. Эффекты 3 и 4 также уменьшают реактивность активной зоны. Эффект 5 вносит небольшую положительную компоненту в температурный эффект.

Дополнительное влияние на температурный эффект реактивности связано с накоплением при выгорании топлива изотопов плутония. Изотопы 239 Pu и 241 Pu имеют большие сечения деления и поглощения при энергии нейтронов около 0,3 эВ. Изотопы 240 Pu и 242 Pu имеют сильные резонансы поглощения при энергии, примерно равной 1 эВ. С повышением температуры активной зоны происходит уширение резонансов изотопов плутония, но при этом значительнее проявляется обратное влияние блокировки резонансов. В сумме накопление изотопов плутония вносит положительный вклад в температурный эффект реактивности.

При расчетах нейтронно-физических характеристик ВВЭР рассматривается несколько коэффициентов реактивности:

1) — коэффициент реактивности по температуре воды;

2) — коэффициент реактивности по температуре топлива;

3) — коэффициент реактивности по давлению водного теплоносителя (барометрический);

4) — коэффициент реактивности по плотности воды;

5) — коэффициент реактивности по мощности;

6) — коэффициент реактивности по концентрации борной кислоты в воде.

Температурный коэффициент реактивности определяется как отношение изменения реактивности реактора к изменению средней температуры воды.

Температурный коэффициент реактивности определяется как отношение изменения реактивности реактора к изменению средней температуры топлива.

Сумма коэффициентов реактивности по температуре воды и топлива является температурным коэффициентом реактивности реактора и определяется как изменение реактивности при изменении средней температуры воды и топлива в реакторе. Величина температурного коэффициента реактивности

Очевидно, что в экспериментах на реакторе практически невозможно определить температурные коэффициенты по воде и топливу в отдельности. Как правило, определяется суммарный температурный коэффициент реактивности при работе на ничтожно малой мощности и разогреве воды главными циркуляционными насосами. Коэффициенты по воде и топливу в отдельности можно оценить только расчетом или в косвенных экспериментах на критических сборках.

При подъеме мощности реактора происходит дополнительное увеличение температуры топлива, которая становится выше температуры теплоносителя. Кроме того, появляется температурный перепад между центром и поверхностью твэла. Увеличение температуры топлива дополнительно уменьшает реактивность за счет эффекта Допплера. Это уменьшение реактивности называют мощностным коэффициентом реактивности

Мощностной и температурный коэффициенты реактивности не остаются постоянными во всем интервале рабочих температур реактора. С ростом температуры воды абсолютное значение отрицательного коэффициента реактивности по температуре воды увеличивается, коэффициента реактивности по мощности уменьшается.

В течение работы загрузки реактора коэффициент реактивности по температуре воды и топлива увеличивается по абсолютному значению, что является следствием накопления плутония и осколков деления и уменьшения концентрации борной кислоты.

Коэффициент реактивности по давлению теплоносителя в ВВЭР мал, так как вода является слабосжимаемой жидкостью. Однако при резком увеличении давления в 1-ом контуре, например при подготовке к пуску, возможно резкое высвобождение реактивности. В связи с этим, а также из прочностных соображений скорость увеличения давления в 1-ом контуре нормирована.

Качественная зависимость барометрического (¶r/¶Р), температурного по воде (¶r/¶Т_В) и температурного по воде и урану (¶r/¶Т_В+U) коэффициентов реактивности от концентрации борной кислоты.

Борная кислота вводится в теплоноситель для компенсации запаса реактивности и для равномерного распределения поглотителя по активной зоне, что позволяет также увеличить допустимую мощность реактора и увеличить глубину выгорания топлива. Уменьшение неравномерности энерговыделения обусловлено тем, что раствор борной кислоты изменяет нейтронно-физические характеристики всей активной зоны, в то время как поглощающие стержни действуют преимущественно на близлежащие районы зоны.

Однако при компенсации запаса реактивности борной кислотой необходимо считаться с уменьшением по абсолютному значению отрицательного температурного коэффициента реактивности ВВЭР. Причиной этого является уменьшение плотности раствора борной кислоты с ростом температуры, которое влечет за собой снижение концентрации поглощающих ядер 10 В в единице объема теплоносителя. При увеличении концентрации борной кислоты этот эффект усиливается. В некоторой мере присутствие борной кислоты в теплоносителе увеличивает по абсолютному значению отрицательный коэффициент реактивности по температуре топлива, поскольку сечение поглощения изотопа 10 В подчиняется закону 1/v, и, кроме того, преимущественное поглощение тепловых нейтронов малой энергии приводит к ужесточению спектра нейтронов.

Влияние борной кислоты на коэффициент реактивности по температуре топлива значительно меньше, чем на коэффициент реактивности по температуре воды. При больших концентрациях борной кислоты температурный коэффициент реактивности может стать положительным, что противоречит требованиям ПБЯ РУ АС. Поэтому при расчетах ВВЭР выбирают топливные загрузки со значениями борной кислоты, обеспечивающими устойчивый отрицательный температурный коэффициент во всем диапазоне положений рабочей группы ОР СУЗ].

Исходное состояние 1:

· зона свежая после перегрузки

· Хе, Sm = 0 Δρ = 18,6%

· органы регулирования вверху.

Увеличиваем температуру теплоносителя до средней рабочей температуры

300ºC – разогреваем теплоноситель. До той же температуры также разогревается топливо. В данном технологическом процессе проявится температурный эффект, отрицательно влияющий на К_эфф. и состоящий из двух компонент:

· эффект по температуре топлива – Δρ_Тт

· зона свежая после перегрузки

· Хе, Sm = 0

· органы регулирования вверху

Поднимаем мощность реактора до номинального значения. Вместе с мощностью растет температура ТВЭЛ, обеспечивая перепад температур «топливо-теплоноситель» пропорциональный тепловому потоку.

Увеличение температуры топлива так же уменьшает К_эфф. Эта вызывается известным Допплер-эффектом и соответственно, уменьшением вероятности избежать резонансного захвата. На практике это называется мощностным эффектом Δρ_N.

Зависимость Δρ_N от мощности так же не линейная. Но в отличие от дифференциального температурного эффекта уменьшается с ростом N.

Мощностной эффект благоприятно влияет и на неравномерность энерговыделения, поскольку снижает нейтронный поток в участках ТВЭЛ с максимальной температурой, т.е. снижает там и энерговыделение. Это влияние значительно и важно как элемент саморегулирования зоны.

· зона свежая после перегрузки

· Хе, Sm = 0

· органы регулирования вверху

Начинается эксплуатация реактора на мощности. Уран-235 выжигается, появляются продукты деления – шлаки – отдельные элементы которых имеют значительные сечения поглощения. Оба процесса уменьшают К_эфф. По известным причинам среди элементов шлаков выделены Хе и Sm. Равновесная концентрация Хе достигается в течение

Условно считаем, что она достигается сразу же с подъемом мощности. Эффект стационарного отравления Хе весьма значителен. Он зависит от уровня мощности, на которой достигается равновесная концентрация. Для номинальной мощности

· зона свежая после перегрузки

· N = 100% К_эфф. =1,12

· Хе – соответствует стационарному отравлению

· Sm = 0

· органы регулирования вверху

Приблизительно в течение 10 суток достигается стационарная концентрация Sm. Будем считать условно, что это произошло в начале кампании. Отрицательная реактивность, вносимая Sm, составляет — 0,6%.

· зона свежая после перегрузки

· N = 100% К_эфф. = 1,11

· Хе – соответствует стационарной концентрации

· Sm – соответствует стационарной концентрации

Оставшиеся 10% скомпенсируем, введя борную кислоту. Эффективность борной кислоты при рабочей температуре 300ºC составляет ∂ρ/∂С_H3BO3 = 1,9% г _H3BO3/кг _H2O.

Эффекты реактивности ВВЭР-1000

Дата добавления: 2016-07-18 ; просмотров: 7911 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Эффекты и коэффициенты реактивности.

Для анализа и прогнозирования поведения реактора в переходных режимах удобнее разложить полный эффект реактивности на эффекты по отдельным факторам.

Эффект реактивности по фактору х — это изменение реактивности, возникающее в реакторе при изменении параметра х.

Эффекты реактивности зависят от типа реактора. В реакторах ВВЭР рассматривают температурный, барометрический, мощностной эффекты реактивности, эффект реактивности, связанный с изменением концентрации борной кислоты в воде. В реакторах РБМК наряду с температурным, мощностным эффектами реактивности измеряют паровой эффект реактивности, эффект реактивности по температуре замедлителя (графита), эффект обезвоживания контура охлаждения СУЗ.

Каждый из эффектов имеет свою специфику и влияние на безопасность работы реактора.

В свою очередь, каждый эффект реактивности удобно соотнести с единичным изменением соответствующего параметра. Тогда приходим к понятию «коэффициент реактивности».

Коэффициент реактивности (a_х) – это величина отклонения реактивности (Dr) в ответ на единичное изменение соответствующего параметра (Dх).

Исходя из определения, коэффициент реактивности можно представить выражением:

Коэффициент реактивности является производной от реактивности как функции параметра х. Графически коэффициент реактивности определяется касательной к кривой, описывающей зависимость реактивности от параметра х.

Если с увеличением параметра «х» вводится положительная реактивность, тогда a_х считается положительным. Если с увеличением параметра «х» вводится отрицательная реактивность, тогда a_х отрицателен.

Эффект реактивности можно рассчитать, умножив коэффициент реактивности на величину изменения параметра. В общем случае эффект реактивности определяется соотношением:

6.2. Мощностной эффект реактивности. Эффект Доплера

В тех случаях, когда теплопроводность используемого в реакторе ядерного топлива мала (как, например, у UO₂ в реакторах ВВЭР), с увеличением мощности весьма значительно возрастает радиальная неравномерность распределения температур в элементарной ячейке вследствие увеличения температуры в центре твэлов. В результате средне интегральная по объему активной зоны температура становится функцией мощности и средняя температура теплоносителя оказывается малоподходящим аргументом для характеристики температурного эффекта реактивности, так как при ее использовании предполагается незначительное изменение радиальной неравномерности температурного поля в ячейке. Поэтому применяются также характеристики мощностного эффекта реактивности, используемые при работе реактора в энергетических режимах. При этом различают мощностной эффект и мощностной коэффициент реактивности.

Мощностным эффектом реактивности реактора на данном уровне его мощности (N_p) называют величину изменения реактивности, возникающего в разогретом до номинальной средней температуры теплоносителя реакторе вследствие подъёма его тепловой мощности от 0 (от МКУМ) до данного уровня N_p.

Мощностным коэффициентом реактивности реактора на данном уровне его тепловой мощности называется изменение реактивности в разогретом до номинальной средней температуры теплоносителя реакторе при подъёме его тепловой мощности на 1 МВт сверх данного уровня.

МЭР и МКР обозначаются соответственно и и измеряются соответственно в % и %/МВт. Они (как и ТЭР с ТКР) представляют собой интегральную и дифференциальную меры влияния мощности реактора на его реактивность и взаимосвязаны аналогичными зависимостями:

и .

Хотя мощностной эффект (и коэффициент) реактивности имеют своё название и обозначение, не будем забывать, что их происхождение – температурное. По существу, это – определяемая температурой топлива доплеровская составляющая температурного изменения реактивности, но поставленная в соответствие не температуре топлива, а другому аргументу – тепловой мощности реактора. При неизменной средней номинальной температуре теплоносителя изменение мощности приводит к изменению средней температуры топливной композиции. Последнее воздействует на размножающие свойства реактора, главным образом, через доплеровское изменение величины j (вероятности избежание резонансного захвата замедляющихся нейтронов). Изменение с температурой топлива величины коэффициента использования тепловых нейтронов хотя и имеет место, но оно меньше Доплер-эффекта примерно на два порядка величины, поскольку оно определяется не столько температурой топлива, сколько температурой нейтронов, которая, в свою очередь, зависит не столько от температуры топлива, сколько от средней температуры замедлителя-теплоносителя в ВВЭР. Вот почему мощностное температурное изменение реактивности реактора часто называют доплеровским.

Читайте также:  тихвинский богородичный успенский мужской монастырь сайт официальный сайт

И ещё об одном распространённом названии. МЭР (МКР) определяются самой динамично изменяющейся температурой в реакторе – температурой топлива, и мощностное изменение реактивности в реакторе происходит безынерционно, практически отслеживая без запаздывания величину мощности и величину средней температуры топлива. Поэтому МКР часто называют быстрым мощностным коэффициентом реактивности. Это делается в тех случаях, когда требуется отличить чисто мощностное изменение реактивности от полного изменения реактивности, вызываемого изменением мощности реактора и дополняемого (с некоторым запаздыванием) изменением реактивности, обусловленным изменением средней температуры теплоносителя.

Расчёт мощностных изменений реактивности реактора производится по стереотипной формуле:

,

в которую величины мощности подставляются в МВт, а величина МКР извлекается из располагаемой оператором рабочей документации.

При этом следует иметь в виду, что МКР – величина не постоянная, а зависящая от уровня мощности реактора, поэтому в данной формуле подставляется среднее в интервале изменения мощности значение МКР. Это значение находится следующим образом.

.

Аналогично величина МКР на конечном уровне мощности N_p2: , и поэтому среднее значение МКР в интервале изменения мощности (N_p1, N_p2): .

Таким образом, для того, чтобы рассчитать изменение реактивности за счёт изменения уровня мощности реактора от N_p1 до N_p2 в данный момент кампании, для расчёта среднего значения МКР требуется извлечь из рабочей документации только достоверное на этот момент кампании значение МКР на номинальной мощности реактора. Удобнее всего для этой цели пользоваться имеющимся в распоряжении оператора рассчитанным графиком, качественный вид которого показан на рис.6.3.

Рисунок 6.3.Величина МКР реактора на номинальной мощности в различные моменты кампании.

Из сказанного эксплуатационнику полезно взять на заметку следующее.

1. С точки зрения устойчивости работы реактора на мощности сказанное ранее об условии обеспечения этой устойчивости полностью касается и МКР: в разогретом до номинальной температуры реакторе мощностной коэффициент реактивности должен быть обязательно отрицательным.

2. Абсолютная величина МКР на малых уровнях мощности реактора всегда меньше, чем на больших мощностях. Это значит, что с ростом мощности реактора его устойчивость растёт. И опасаться недостаточно устойчивой работы реактора следует именно на МКУМ и малых уровнях мощности.

3. В процессе кампании величина отрицательного МКР реактора монотонно увеличивается. Следовательно, снижения устойчивости реактора в процессе кампании можно не опасаться.

Зависимость мощностного эффекта от расхода проявляется лишь в том, что с увеличением расхода мощностной эффект уменьшается, так как при этом улучшается теплосъем и снижается температура ядерного топлива. Данный процесс в общем случае показан на рисунке 6.3.

Рис. 6.4 Общий вид кривых мощностного эффекта реактивности

Для каждого реактора, строятся свои кривые мощностного эффекта реактивности (смотри рисунок 6.4).

Следует иметь в виду, что мощностной коэффициент реактивности в неустановившемся процессе может существенно отличатся от своего стационарного значения при том же мгновенном значении мощности реактора. Отличие это тем больше, чем больше скорость переходного процесса.

Рис. 6.5 Кривые мощностного эффекта реактивности в начале и в конце кампании (блок №4, 9 кампания)

6.3. Температурный эффект и температурный коэффициент реактивности

6.1.1. Основные понятия

В энергетических реакторах материалы находятся при столь высоких температурах (например, в ВВЭР средняя температура топливаt_uo2≥1000 °C, а водыt_h2o=300 °C), что даже относительно малые отклонения от номинальных режимов работы приводят к значительным абсолютным изменениям температур. Особенно велики эти изменения при переходных режимах работы реакторов. Увеличение температуры приводит к расширению материалов, из-за чего изменяются соотношения между массовыми и объемными долями компонентов реактора и увеличиваются размеры активной зоны и реактора в целом. Кроме того, при этом повышаются скорости движения атомов и существенно уширяются резонансы в зависимостях сечения поглощения от энергии для тяжелых ядер. Все эти температурные эффекты вызывают изменение эффективного коэффициента размножения (или реактивности).

Распределение температуры по объему реактора, вообще говоря, изменяется во времени. Однако для многих практических задач с достаточной степенью точности можно считать, что в любой момент времени справедливо установившееся поле температур (квазистационарное приближение). Тогда в задаче о влиянии температуры материалов на реактивность можно рассматривать средние по объему отдельных компонентов реактора температуры, а не истинные распределения. Такой подход обычно применяется для описания медленных переходных режимов реактора.

Иногда реактор рассматривается как единое целое, описываемое средней температурой. Этот простейший подход к рассмотрению температурных эффектов наиболее удобен для качественного выяснения зависимости k_эф (или ρ) от температуры. Принято вводить понятия температурного эффекта и температурного коэффициента реактивности Температурным эффектом реактивности Δρ_t называется изменение реактивности ρ, вызванное изменением температуры всех материалов реактора от значения t₁ до значения t₂

Температурный коэффициент реактивности определяется как приращение реактивности, соответствующее изменению температуры всех материалов реактора на 1°С, т.е.

Величины Δρ_t и α_t называют изотермическими Реальные значения Δρ_t и α_tмогут изменяться при переходе как от одного реактора к другому, так и от одного интервала температур к другому (для конкретного реактора), поскольку в общем случае Δα_t=f(t). Зная зависимость температурного коэффициента реактивности от температуры, легко оценить температурный эффект реактивности, связанный с изменением температуры реактора от t₁ до t₂

В случае квазистационарного приближения принято говорить о температурных коэффициентах реактивности по топливу, замедлителю, теплоносителю или отражателю, и в определениях использовать температуру t, относящуюся к рассматриваемому эффекту (соответственно средняя температура топлива, замедлителя, теплоносителя, либо отражателя). Для определения соответствующего температурного эффекта реактивности можно использовать результаты расчетов k_эф при требуемых температурах. Такой подход позволяет рассчитать любой темпе­ратурный эффект реактивности, в том числе и соответствующий различным изменениям средних температур всех компонентов реактора.

Для выяснения степени влияния отдельных температурных эффектов на температурный коэффициент реактивности α_t удобно представить k_эф в виде произведения k_∞P. Тогда

или

Таким образом, задача сводится к выяснению зависимостей μ, φ, θ, ν_эф, М 2 и В 2 от температуры t.

Изменение данных параметров, обусловленно главным образом двумя факторами:

· изменением макроскопических сечений взаимодействия нейтронов с ядрами атомов, скорость которых увеличивается по мере разогрева размножающей среды;

· изменением плотности материалов активной зоны, определяющей их концентрацию, а следовательно, и макроскопические сечения.

В целях раздельного учета названных факторов при анализе зависимостей ТЭР и ТКР от температуры ТКР ВВЭР условно разделяют на две составляющие: ядерный ТЭР r_я, определяющий зависимость реактивности от микроскопических сечений материалов активной зоны при условии постоянства их плотностей; и плотностной ТЭР r_п, определяющий зависимость реактивности от плотности материалов активной зоны при условии постоянства их микроскопических сечений.

Очевидно, при известныхr_яи r_плегко определить полный температурный эффект реактивности: r_т = r_я + r_п. Аналогичным образом можно записать: a_т = a_я +a_п. Проанализируем каждую из составляющих ТЭР и ТКР.

— обусловленную изменением температуры замедлителя и приводящую к изменению жесткости спектра тепловых нейтронов;

— обусловленную изменением температуры топлива и приводящую к уширению резонансов, в зависимости сечения поглощения от энергии нейтроном (так называемый эффект Доплера).

Первая составляющая связана с изменением энергии нейтронов, находящихся в тепловом равновесии с размножающей средой. Увеличение температуры среды (основное значение имеет температура замедлителя) приводит к смещению спектра тепловых нейтронов в сторону более высоких энергий. Поскольку сечения поглощения снижаются с ростом энергии нейтронов, разогрев уменьшает поглощение нейтронов в активной зоне реактора. Кроме того, вследствие увеличения энергии сшивки с ростом температуры при разогреве сокращается интервал замедления нейтронов.

Читайте также:  Что такое добавлен новый тег постоянно выскакивает на телефоне honor

Вторая составляющая относится к промежуточной области энергий и не связана с распределением тепловых нейтронов по энергиям. Она определяется лишь изменением относительной скорости движения в системе нейтрон-ядро, которая увеличивается с ростом абсолютной скорости ядер при разогреве и уменьшается по мере снижения абсолютной скорости ядер при расхолаживании. Изменение температуры приводит к изменению резонансных пиков сечения поглощения ядер 238 U, что связанно с изменением абсолютной скорости теплового движения ядер относительно абсолютной скорости движения нейтронов. Чем выше температура, тем больше понижение и уширение резонансного пика. При этом независимо от температуры площадь под кривой резонансного пика всегда остается неизменной. Изменение формы резонансов вследствие теплового движения ядер названо доплер-эффектом.

Доплер-эффект оказывает влияние только на вероятность избежать резонансного захвата, в то время как эффект смещения спектра тепловых нейтронов в той или иной степени сказывается на всех остальных характеристиках размножения. Так как доплеровское изменение ширины резонансных пиков является следствием изменения температуры топлива, а смещение спектра тепловых нейтронов вызывается изменением температуры замедлителя, то в динамическом отношении эти эффекты далеко не равнозначны.

Начнем со слагаемого , характеризующего влияние температуры на вероятность избежать резонансного захвата.

Физически указанная закономерность вполне очевидна. Увеличение температуры при прочих равных условиях приводит к снижению j, так как в этом случае за счет отличия энергии относительного движения нейтронов от их абсолютной энергии большее число нейтронов может попасть в область резонанса.

Можно считать, что .

Величина m от энергии нейтронов зависит только в связи с изменением Р-вероятности первого соударения нейтрона в урановом блоке. Зависимость эта существует только при учете неравномерности распределения тепловых, а следовательно, и рождающихся нейтронов по блоку. При оценке температурного эффекта указанная зависимость столь незначительна, что ею с полным основанием можно пренебречь.

Величина n_эф также мало изменяется с изменением температуры. Существующая слабая зависимость n_эф(Т_ср) обусловлена тем, что микроскопические сечения s_f5 и s_а5 по-разному отклоняются от закона 1/v в случае изменения температуры размножающей среды.

Чтобы оценить вклад в a_я слагаемого , необходимо обратиться к выражению: 1/Q = 1+ V_зS_азФ_з ср /(V_тS_а5Ф_u ср ).

Из этого выражения следует, что коэффициент использования тепловых нейтронов при постоянной плотности компонентов размножающей среды обратно пропорционален произведению коэффициента проигрыша Ф_з ср /Ф_U ср на отношение s_аз/s_а5.

Коэффициент проигрыша определяется в результате суммирования внешнего и внутреннего блок-эффектов, характеризующих неравномерность распределения потока нейтроновв элементарной ячейке. Ввиду того что с повышением температуры среды поглощение нейтронов уменьшается, длина диффузии в материалах ячейки возрастает. Это приводит к уменьшению неравномерности распределения потока (Ф¢) в ячейке (рис. 6.6) и, следовательно, к снижению коэффициента проигрыша, что положительно сказывается на величине Q.

Отношение s_аз/s_а5, являющееся одним из параметров, которые характеризуют относительное поглощение нейтронов в замедлителе, претерпевает изменения вследствие того, что s_аз с увеличением температуры уменьшается пропорционально 1/v, а s_а5 изменяется с отклонением от закона 1/v. В результате этого при разогреве ядерные эффекты увеличивают относительное поглощение нейтронов в замедлителе, что отрицательно сказывается на величине Q.

Рис.6.6 Характер изменения радиального распределения j в элементарной ячейке при увеличении средней температуры от Т_ср1 до Т_ср2

Поскольку рассмотренные факторы по-разному влияют на Q, результат будет зависеть от соотношения их вкладов. Проведенная оценка влияния указанных факторов на a_я при разогреве реактора свидетельствует о том, что .

Температурная зависимость слагаемого , где , также определяется в результате сопоставления двух конкурирующих эффектов, так как при увеличении Т_ср значениеL 2 растет из-за снижения поглощения, а t уменьшается вследствие увеличения энергии сшивки и соответствующего сокращения интервала замедления. В результате , что определяется величиной .

В заключение следует отметить, что выше рассмотрены те эффекты, которые являются наиболее общими. Вообще же при анализе температурного коэффициента и температурного эффекта реактивности кроме рассмотренных необходимо учитывать и такие факторы:

— изменение эффективности отражателя, который через эффективную добавку влияет на геометрический параметр и, следовательно, на r;

— изменение эффективности средств регулирования мощности и компенсации реактивности, что влияет на Q и соответственно на r;

— изменение поглощения нейтронов накопившимися в активной зоне нуклидами с большим сечением поглощения ( 239 Pu, 135 Xe, 149 Sm), что сказывается на Qи соответственно на r.

6.1.3. Плотностной температурный эффект реактивности

В соответствии с приведенным выше определением этот эффект характеризует зависимость r_т=f(r) при s=const. Чтобы установить основные качественные закономерности, нужно, как и при рассмотрения ядерного эффекта, обратиться к равенству (12.4) и проанализировать, какое влияние на каждое слагаемое оказывает изменение плотности материалов активной зоны. А зная характер изменения ТКР, можно оценить и соответствующий ему плотностной температурный эффект.

Слагаемое выражения (12.4), содержащее n_эф, от плотности не зависит, так какn_эф = n₅s_f5/s_а5. Следовательно, [1/n_эф(dn_эф/dT)]_п=0.

Слагаемое содержащееm, с изменением плотности изменяется, так как m является функцией относительной концентрации водорода N_H/N₈. Поскольку с увеличением температуры относительная концентрация водорода уменьшается, то m увеличивается и вклад в температурный коэффициент реактивности получается положительным. Следовательно, [1/m(dm/dT)]_п>0.

Слагаемое содержащее Q, претерпевает температурные изменения при s=const, потому что изменения температуры в ВВЭР ощутимо влияют только на плотность воды (остальные материалы практически не изменяют своей плотности). В результате изменяется уран-водное отношение V_тN_u/(V_Н2ОN_Н2О) в элементарной ячейке, что существенно сказывается на относительном поглощении нейтронов в замедлителе. Разогрев ведет к уменьшению плотности воды и, значит, N_Н2О, вследствие чего уран-водное отношение увеличивается. Поскольку при этом относительное поглощение в замедлителе уменьшается, то Q возрастает. Точно так же при расхолаживании вследствие уменьшения уран-водного отношения значение Q снижается. Указанная зависимостьQ от уран-водного отношения свидетельствует о том, что величина Q прямо пропорциональна Т.

Следовательно, [1/Q(dQ/dT)]_п>0 и соответствующая составляющая температурного эффектаположительна.

Так как площадь миграции изменяется обратно пропорционально квадрату плотности, то с увеличением температуры M 2 возрастает, следовательно, [B 2 dM 2 /dT]_п>0. Знак минус перед этим слагаемым в (7) означает, что с увеличением площади миграции вероятность избежать утечки нейтронов уменьшается, и это отрицательно сказывается на реактивности. В результате можно заключить, что зависящая от M 2 составляющая плотностного температурного эффекта реактивности при увеличении Т будет отрицательной. Особенно велик эффект изменения M 2 в ВВЭР, где и замедлитель, и теплоноситель существенно изменяют свою плотность при изменении температуры.

С учетом всего сказанного равенство (12.4) при выполнении условия s=const будет иметь вид:

Знак и значение a_п, а также зависимость a_п=f(T) определяются соотношением вкладов слагаемых выражения (12.8). В ВВЭР обычно вклад a_п суммарный температурный коэффициент реактивности оказывается существенно больше вклада a_я и зависимость a_п=f(T) часто определяет полную функцию a=f(T).

В заключение следует заметить, что плотностной эффект влияет на реактивность ВВЭР главным образом в период разогрева после пуска реактора и в процессе его расхолаживания, так как при работе реактора в энергетических режимах средняя температура обычно поддерживается постоянной на всех уровнях мощности.

6.4. Барометрический и паровой эффект реактивности

Дата добавления: 2021-05-28 ; просмотров: 182 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник