Эффективный коэффициент размножения, реактивность

На основании принятого определения для "поколение нейтронов" может быть сделана оценка состояния реактора. Так как характер изменения мощности реактора определяется тенденцией изменения плотностей нейтронов непосредственно следующих друг за другом поколений, то отношение плотностей нейтронов любого рассматриваемого и непосредственно предшествующего ему поколений определяет в каком состоянии находится реактор (критичен, подкритичен или надкритичен).Величину, представляющую собой отношение чисел нейтронов рассматриваемого и непосредственно предшествующего ему поколений, называется эффективным коэффициентом размножения нейтронов в реакторе:

, (1.9)

В зависимости от значения К_эффразличают три состояния реактора.

Если К_эфф > 1, то реактор называется надкритическим. В таком ре­акторе происходит нарастание количества нейтронов (и мощности энерговыделения). Говорят, что надкритический реактор разгоняется.

Если К_эфф< 1, то реактор называется подкритическим. Это со­стояние реактора, когда введенных каким-либо способом в реак­тор первичных нейтронов становится с течением времени все меньше и меньше. Соответственно уменьшаются скорость деле­ний и мощность, выделяющаяся при делении ядер. Говорят, что в подкритическом реакторе цепная реакция затухает.

Стабильное (стационарное) состояние реактора наступает, ко­гда строго К_эфф =1. Тогда в цепной реакции скорость рождения ней­тронов в точности равна скорости их исчезновения и мощность по­стоянна. В таком состоянии реактор называется критическим, асамо состояние называется критическим.

Величинаэффективного коэффициента размножения (то, насколько она отклоняется от единицы) позволяет оценить, с какой интенсивностью идут процессы нарастания или убывания мощности в реакторе.

Наряду с эффективным коэффициентом размножения, являющимся мерой оценки состояния реактора, используются ещё две меры оценкиего отклонения от критического состояния. Первая из них - превышение величины эффективного коэффициента размножения над единицей, называетсяизбыточным коэффициентом размножения:

(1.10)

Вторая мера отклонения реактора от критичности,представляющая собой отношение величин избыточного коэффициента размножения к эффективному, называется реактивностью реактора и обозначается греческой буквой ρ («ро»):

(1.11)

Это приблизи­тельно К_эфф-1. Слово «реактивность» более удачно, нежели тер­мин «эффективный коэффициент размножения». Оно как бы не­посредственно отражает отзывчивость реактора на изменение ба­ланса нейтронов.

В критическом реакторе величины избыточного коэффициента размножения и реактивностиравны нулю. Если ρ>0, то реактор надкритический (находится в надкритическом состоянии). Если реактивность отрицательна (ρ<0) - реактор будет подкритическим (находится в подкритическом состоянии).

Во многих случаях удобнее характеризовать состояние реактора с помощью понятия реактив­ности. Мы будем пользоваться и тем, и другим понятиями, которые определяют состояние реакто­ра в качественном смысле однозначно. Реактивность является и фундаментальным количественным критерием отклонения реак­тора от состояния критичности - чем больше реактивность по мо­дулю, положительная или отрицательная, тем больше скорость, соответственно, роста или снижения мощности.

Согласно определению, реактивность является безразмерной величиной. Поэтому ее измеряют в безразмерных долях, которые называютабсолютными единицами реактивности.

Поскольку при управлении реактором операторы имеют дело с небольшими величинами реактивности, впрактике используется ее единица, численно в сто раз большая, чемабсолютная единица. Эту величину называютпроцентом (%).

Еще одной, применяемой на практике единицей измерения реактивности, является доля запаздывающих нейтронов (). В единицах эффективной доли выхода запаздывающих нейтронов реактивность реактора удобнее применять. Дело в том, что с этой единицей однозначно связана величина периода изменения мощности реактора. В этом случае реактивность определяют по формуле:

, (3.2.10). Выраженная таким образом реактивность называется реактивностью в долларах (одна сотая часть этой единицы - цент) или в единицах эффективной доли запаздывающих нейтронах.

Для того, чтобы обеспечить возможность увеличения мощности реактора, компенсировать поглощение нейтронов продуктами деления и работать в течение продолжительного времени, реактор должен иметь в начальном холодном состоянии (при комнатной температуре) избыточную реактивность. В начале работы реактора она компенсируется системой регулирования (поглощающими стержнями), а в процессе кампании постепенно освобождается, компенсируя выгорание топлива.

Полным запасом реактивности реактора называется его максимальная величина, которую можно высвободить (теоретически) в данном состоянии реактора при полном извлечении из активной зоны органов регулирования реактивности.

При полностью погруженных в реактор всех регулирующих органах его реактивность должна иметь отрицательное значение, достаточное для приведения реактора в подкритическое состояние из любого состояния. Эта реактивность, взятая по абсолютной величине, называется подкритичностью.