Требования к коэффициентам реактивности

Из характеристик систем с обратными связями следует, что в реакторе обратные связи должны быть отрицательны. Для ЯЭУ это сформулировано в требованиях «Правил ядерной безопасности» (ПБЯ РУ АЭС) следующим образом: «все эффекты реактивности в реакторе должны быть отрицательны» (только для параметра плотности это требование правильнее применять к удельному объему). Это правило относится ко всем проектируемым и эксплуатируемым ЯЭУ.

С формально-математической точки зрения это означает, что для любого параметра «р» должно быть выполнено условие a_р <0. На графическом языке это значит, что тангенс наклона кривой реактивности (или критичности) от параметра «р» должен быть отрицателен. Словами это можно сформулировать примерно так: при росте любого параметра «р» реактивность должна уменьшаться.

Рис.6. Зависимость реактивности реактора от температуры воды

На рис. 6 приведен пример поведения реактивности водо-водяного реактора средней мощности в зависимости от температуры воды.

Видно, что на начальном участке роста температуры (до максимума, указанного стрелкой) и производная реактивности по температуре, и тангенс угла наклона положительны. Реактивность с ростом температуры не только не уменьшается, а возрастает, что фактически противоречит требованиям ПБЯ. Значит на этом участке кривой реактор как система обладает положительным коэффициентом реактивности и положительной обратной связью по температуре воды, следовательно, обладает опасными свойствами.

В точке максимума производная и тангенс угла наклона кривой равны нулю, следовательно, реактор имеет нулевой коэффициент реактивности.

После прохождения максимума производная и тангенс угла наклона кривой становятся отрицательны (и численно равны коэффициенту реактивности), реактивность с ростом температуры снижается, значит поведение реактора удовлетворяет требованиям ядерной безопасности.

Как видим, в простом реальном случае коэффициент реактивности - величина не только не постоянная, но вполне может менять и значение, и даже знак.

Отметим оборотную сторону факта, следующего из «хорошего свойства»- отрицательности КР. При уменьшении параметра «р» реактивность возрастает! Значит при снижении температур топлива, замедлителя или теплоносителя реактивность систем, соответствующих основному требованию ПБЯ, будет возрастать. Действительно этот эффект имеет место и наблюдается практически во всех реакторах.