Управление реактором

Управление ядерным реактором. Понятие реактивности.

Общие требования к системам управления и защиты. Нормальная и безопасная работа ядерного реактора обеспечивается поддержанием реактивности на должном уровне. Напомним, что в критическом состоянии (стационарный режим работы) реактивность реактора равна нулю и его мощность поддерживается на постоянном уровне. Увеличение мощности связано с необходимостью введения положительной реактивности, а по достижении нового, более высокого уровня мощности избыток реактивности вновь должен быть скомпенсирован до нуля. Наоборот, при снижении уровня мощности необходимо ввести отрицательную реактивность, которая поддерживается до достижения заданного более низкого уровня, после чего реактивность вновь выводится в исходное нулевое значение. И, наконец, при выключении реактора отрицательная реактивность сохраняется до последующего запуска реактора.

Для поддержания необходимого уровня реактивности ядерный реактор оснащается системой управления и защиты. Она включает в себя органы оперативного регулирования, предназначенные для обеспечения нормальных переходных режимов и рассчитанные на небольшие изменения реактивности, и компенсирующие органы, обеспечивающие сравнительно медленные и значительно большие по абсолютному значению изменения реактивности. Последние обусловлены, во-первых, температурным эффектом при выводе реактора из холодного в горячее состояние или, наоборот, при расхолаживании реактора; во вторых, необходимостью компенсации, связанной с выгоранием топлива и накоплением продуктов деления, являющихся дополнительными поглотителями нейтронов – так называемым шлакованием реактора.

Кроме очевидной функции - управление реактором система управления должна компенсировать относительно медленные изменения реактивности. Она включает в себя также аварийную защиту, предназначенную для быстрого выключения реактора путем введения отрицательной реактивности.

Таким образом, система управления и защиты должна обеспечивать не только нормальную работу реактора, включая пуск и другие переходные режимы, но и быстрое аварийное выключение. Безусловным требованием к эффективности средств управления является ее достаточность для компенсации всех эксплутационных изменений реактивности как по абсолютному значению, так и по скорости.

Из трех типов российских энергетических реакторов (ВВЭР, РБМК, БН), особенно велики потери реактивности в течение кампании реакторов ВВЭР. Особенностью водо-водяных реакторов ВВЭР является то, что в связи с редкой перегрузкой ядерного топлива и высокой удельной энергонапряженностью начальный запас реактив­ности в них в расчете на компенсацию выгорания топлива и отравления продуктами деления велик и составляет 10 – 15 % Dk/k. Кроме того, в них велики отрицательные температурный и мощностной (зависимость реактивности от уровня мощности) эффекты, что из-за необходимо­сти компенсировать потерю реактивности при выводе реактора на номинальный уровень мощности в сумме приводит к увеличению реактивности еще на 4 - 6 %. Все это в конечном итоге приводит к тому, что в активной зоне водо-водяного реактора в холодном и неотравленном состоянии в начале кампании может содержаться от 15 до 40 критических масс (в зависимости от мощности и длительности кампании).

Способы изменения реактивности.

Регулирование реактивности изменением вероятности утечки нейтронов достигается различными способами:

o перемещением отражателя нейтронов или его отдельных частей;

o изменением ядерно-физических свойств отражателя посредством введения в его состав или удаления из него поглотителей нейтронов;

o перемещением расположенных на периферии активной зоны стержней, рассеивающих быстрые нейтроны, - погружение стержней- рассеивателей уменьшает утечку нейтронов, а их подъем увеличивает ее.

Наибольшее распространение получило регулирование реактивности изменением вероятности поглощения нейтронов. При этом состав поглотителя выбирают исходя из условия достижения максимального поглощения нейтронов тех энергий, которые определяют данного реактора. Можно указать следующие способы регулирования, основанные на этом принципе.

1). Регулирование подвижными твердыми поглотителями нейтронов. Это могут быть отдельные поглощающие стержни, группы поглощающих стержней различной формы или компенсирую­щие решетки, представляющие собой собранные в пакеты наборы перфорированных (для прохода технологических каналов) листов из поглощающего материала. Регулирование скорости поглощения нейтронов осуществляется введением в активную зо­ну или извлечением из нее подвижных поглотителей.

2). Химическое регулирование, осуществляемое посредством изменения концентрации поглотителя в теплоносителе или жидком замедлителе. Этот метод получил широкое распространение для компенсации медленных эффектов изменения реактивности в ВВЭР. В начале кампании избыточная реактивность компенсируется посредством введения борной кислоты в теплоноситель (легкую воду), а по мере выгорания топлива концентрация борной кислоты в воде постепенно уменьшается за счет прокачки части теплоносителя через специальные ионообменные фильтры. Достоинство этого метода состоит в том, что компенсация реактивности химическим путем не вносит искажений в распределение энерговыделения по объему активной зоны.

3). Компенсация реактивности неподвижными выгорающими поглотителями, т.е. поглотителями с настолько большим сечением поглощения, что его количество заметно уменьшается за время кампании реактора. В отличие от всех рассмотренных выше способов регулирования реактивности данный способ обеспечивает только начальную компенсацию и постепенное высвобождение реактив­ности, т.к. выгорающий поглотитель загружается в реактор одновременно с ядерным топливом и затем выгорает в процессе эксплуатации реактора. Реактивность, высвобождаемая при выгорании этого поглотителя, частично компенсирует потерю реактивности на выгорание и зашлаковывание топлива.

Понятие реактивности.

Реактивность есть относительное изменение числа нейтронов одного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. Если в одном поколении было N₀ нейтронов, а в следующем N₁, то реактивность () есть относительное изменение количества нейтронов в этих двух поколениях:

(5.1.1)

Реактивность - мера удаления реактора от критичности или приближения к ней. Реактивность может быть положительной, нулевой или отрицательной (в зависимости от ) величиной. При > 0 ( > 1) – реактор надкритичен, при < 0 ( < 1) подкритичен, = 0 ( = 1) реактор находится в критическом состоянии.

Реактивность безразмерная величина и измеряется в следующих единицах:

1. десятичных долях … ;

2. процентах - 100%;

3. долях запаздывающих нейтронов β.

Например, реактивность, равная 0,0006, соответствует = 0,06% или =0,1β_эф (если β_эф для данного реактора равна 0,006).

Дата добавления: 2015-06-04