Органы регулирования, СУЗ

Требования к материалам, используемым в органах управления и защиты реактора.

Обязательным элементом любого ядерного реактора является Система Управления и Защиты (СУЗ). Назначение СУЗ:

- компенсация избыточной реактивности, температурного эффекта, отравления и шлакования;

- регулирование мощности, компенсация малых отключений от критичности, вызванных случайными колебаниями параметров реактора (например, температура);

- аварийная защита (АЗ) – быстрый ввод в активную зону отрицательной реактивности в случае появления сигнала о неконтролируемых процессах, которые могут привести к аварии.

Главная часть СУЗ – рабочие органы, представляющие собой поглощающие стержни, содержащие в качестве рабочего элемента такие материалы, как кадмий, бор или сталь (реже используется гафний, индий, серебро). Поглощающие стержни могут вводиться и выводиться из активной зоны.

Все рабочие органы СУЗ тепловых реакторов используют одинаковый физический механизм воздействия на реактивность – поглощение нейтронов. Эффект поглощения нейтронов стержнями связан, в основном, с реакцией (n,α), или, значительно реже (n,γ).

По степени поглощение нейтронов различают «черные» поглотители, имеющие очень высокое сечение поглощения тепловых нейтронов, и «серые», поглощающие только часть падающих на них нейтронов. В некоторых случаях «серые» поглотители предпочтительней «черных», т.к. они вносят меньшее локальное возмущение поля нейтронов. Кроме того, «черные» стержни, имеют меньший ресурс, чем «серые», т.к. обладая высоким сечением поглощения, они достаточно быстро выгорают.

Поглотитель СУЗ ВВЭР-1000, ПС СУЗ, – это пучок из 18 поглощающих элементов ПЭЛ, соединенных с помощью пружин индивидуальной подвески с общей захватной головкой. ПЭЛ представляет из себя стержень, выполненный из трубки, наружным диаметром 8,2 мм и толщиной стенки 0,5 мм, наполненной поглотителем нейтронов - карбидом бора с плотностью 1,7 т/м³ и титанатом диспрозия.

Титанат диспрозия применен на нижних 30 см, которые при работе ПС СУЗ в составе рабочей группы находятся в зоне, т.е. подвержены выгоранию. Нейтронно-физические свойства титаната диспрозия таковы, что он выгорает в меньшей степени, чем карбид бора, увеличивая таким образом срок службы ПС СУЗ с сохранением достаточной их эффективности. Кроме того, титанат диспрозия увеличивает физический вес ПС СУЗ, что важно для обеспечения скорости падения ПС СУЗ при срабатывании АЗ.

Во время перегрузки ПС СУЗ загружается в ТВС, установленные в так называемые ячейки СУЗ, ячейки, чье расположение в активной зоне соответствует расположению приводов СУЗ, при этом ПЭЛы на всю длину погружаются в направляющие каналы ТВС. После установки блока защитных труб и верхнего блока выполняется сцепление привода и ПС с помощью штанги привода, которая входит в зацепление с головкой ПС.

При подъеме ПС СУЗ извлекается из ТВС, т.е. из активной зоны и втягивается в защитную трубу блока защитных труб.

Гибкое соединение ПЭЛ с головкой обеспечивает относительно свободное движение их в направляющих трубах, при имеющих место эксплуатационных деформациях кассет.

Пучок выгорающих поглотителей СВП конструктивно почти идентичен ПС СУЗ, поскольку его положение в ТВС аналогично положению ПС СУЗ при обесточенном приводе. СВП устанавливаются в те свежие кассеты, чье расположение на картограмме активной зоны не совпадает с расположением приводов. Следует обратить внимание на различие в некоторых конструкционных материалах между СВП и ПС СУЗ: первое - плотность бора в поглощающем материале - дибориде хрома - в СВП значительно меньше, чем в карбиде бора в ПС СУЗ (используются три типа СВП с плотностями бора 0,02; 0,036; 0,05 т/м³); второе – оболочка СВП в отличае от оболочки ПЭЛ изготовлена из сплава Zr + 1% Ni. Эти отличия объясняются тем, что СВП должен на конец компании иметь минимально - возможное сечение поглощения нейтронов. Только в этом случае его отрицательное влияние на экономику топливного цикла минимально. Соответственно срок службы СВП – 1 кампания. Нужно отметить, что применение СВП не является оптимальной технологической схемой применения выгорающего поглотителя, поэтому в настоящее время внедряются в эксплуатацию ТВС, у которых выгорающий поглотитель – гадолиний – введен непосредственно в топливо.

Дата добавления: 2015-06-04