Температурный эффект (коэффициент) реактивности

В связи с тем, что в различных состояниях активной зоны температура ее элементов изменяется по различному закону, то весь диапазон температур элементов активной зоны принято делить на части:

от 20оС до 280оС;

выше 280оС.

В диапазоне температур от 20 ^оС до 280 ^оС разогрев реактора осуществляется за счет ГЦН. При этом принято считать, что температура всех элементов активной зоны изменяется одинаковым образом, в связи с чем вводится понятие коэффициента изотермического разогрева - .

Его величина зависит как от времени работы реактора с момента физического пуска, так и от состава активной зоны при стационарном режиме работы (обогащение топлива, количество в активной зоне ДП, стержней СУЗ).

На рис. 6.4 приведена расчетная величина коэффициента изотермического разогрева в зависимости от времени работы реактора с момента физического пуска для реакторов РБМК-1000 вторых очередей. Для сведения приведены кривые изменения концентрации ²³⁵ U и ²³⁹ Рu, количества ДП в активной зоне.

Рис. 6.4. Характер изменения в переходном режиме

Как следует из рис.6.2.1, характер изменения в переходном режиме определяется изменением состава топлива (выгорание урана-235 и накопление плутония) и уменьшением количества дополнительных поглотителей ДП).

Кроме этого, при работе реактора РБМК-1000 следует различать для двух состояний:

· подкритическое состояние (все стержни СУЗ, кроме БАЗ, погружены);

· при разогреве реактора в критическом состоянии.

В подкритическом состоянии отрицательный (~-1· 10^-5 а.е. / ^оС). Этот коэффициент используется для оценки изменения подкритичности заглушенного реактора при изменении его температуры.

Например, измерения величины подкритичности реактора проводятся при температуре (60 ÷ 80) ^оС. Правила ядерной безопасности накладывают ограничения на величину подкритичности в состоянии с максимальным k _эф. При отрицательном значении состояние с максимальным k _эф принимается при температуре активной зоны 20 ^oС и величина подкритичности в этом состоянии будет меньше измеренной на величину температурного эффекта.

Коэффициент изотермического разогрева в критическом состоянии положительный и это проявляется в том, что при разогреве реактора автоматический регулятор погружается в активную зону, стержни РР ВИУР погружает в активную зону, наблюдается рост запаса реактивности.

Этот эффект необходимо учитывать при определении критического положения стержней СУЗ при выводе реактора в критическое состояние при различных температурах, при определении изменения запаса реактивности в процессе разогрева на МКУ.

Разогрев выше 280°с. Температурный коэффициент по графиту

Разогрев активной зоны выше 280 °С осуществляется за счет ядерных реакций и поэтому все элементы активной зоны разогреваются по разному. Оценим диапазон изменения температур элементов активной зоны.

Температура воды на входе в активную зону определяется уровнем мощности, расходом питательной воды и расходом воды в КМПЦ. Температура изменяется в диапазоне ~(265 ¸ 280) °С и измеряется во всасывающем коллекторе КМПЦ.

Температура пароводяной смеси на выходе из реактора определяется давлением в барабанах-сепараторах и соответствует температуре насыщения.

Так как диапазон изменения температуры воды невелик, то отдельного коэффициента по температуре воды не вводится, а влияние ее на реактивность описывается паровым (плотностным) коэффициентом реактивности и быстрым мощностным коэффициентом реактивности.

Температура графита изменяется в широком диапазоне, от 280 °С до 750 °С и зависит от мощности, ее распределения по объему реактора и состава газовой смеси в реакторном пространстве. Для оценки влияния изменения температуры графита на реактивность вводят понятие температурного коэффициента реактивности по графиту - a_с.

Температура топлива изменяется в более широком диапазоне от ~300 °С на границе с оболочкой на МКУ до ~ 1500 °С в центре твэла на номинальной мощности. Так как температура топлива определяется уровнем мощности и изменяется практически вслед за ней, то учет влияния изменения температуры топлива на реактивность входит составной частью в быстрый мощностной коэффициент реактивности.

Диапазон изменения температуры воды в контуре охлаждения СУЗ (КО СУЗ). на энергетическом уровне мощности невелик ~(10÷15) °С, но коэффициент реактивности по температуре в КОСУЗ достаточно большой (~+110^-4 1/°С) и полный эффект реактивности ощутим (1÷2 ст. СУЗ). Его используют в нестандартных ситуациях для увеличения запаса реактивности на незначительный период времени.

В настоящее время реакторы РБМК-1000 работают в установившемся режиме и величина a_с составляет» 4,5 × 10^-5 1/°С.

В процессе эксплуатации реактора РБМК-1000 необходимо помнить, что температура графита определяется уровнем мощности, ее распределением по объему реактора и составом газовой смеси в реакторном пространстве. Поэтому, как при изменении мощности, так и при изменении состава смеси необходимо учитывать это влияние на запас реактивности.

Кроме этого, установлен предел безопасной эксплуатации по температуре графита, который равен 750 ^o С. При нормальной эксплуатации максимальная температура графита не должна превышать 730 ^oС.

Для оценки изменения температуры графита при изменении мощности и концентрации гелия можно использовать следующую формулу:

(6.6)

- средняя температура графита (максимальная температура графита при удовлетворительном распределении энерговыделения по радиусу и высоте реактора примерно равна:

(6.7)

Т_тепл. – температура теплоносителя;

a - коэффициент пропорциональности (зависит от состава продувки);

- средняя мощность в ТК.

(6.8)

Зависимость коэффициента a от концентрации гелия в азотно-гелиевой смеси представлена на рис.6.5.

Рис. 6.5. Зависимость коэффициента a от концентрации гелия