Температурные коэффициенты и эффекты реактивности

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЭФФЕКТЫ РЕАКТИВНОСТИ

При работе реактора происходит существенное повышение температуры всех материалов активной зоны, отражателя и корпуса реактора.

При повышении температуры повышается температура ней­тронного газа, что приводит к уменьшению сечений поглощения и деления тепловых нейтронов. Повышение температуры приводит к уменьшению их плотности вследствие расширения материалов, что приводит к уменьшению числа ядер в единице объема и, следова­тельно, к уменьшению макросечений. Повышение Т_нг вызывает смещение энергии "сшивки" спектров тепловых и замедляющихся нейтронов в область больших энергий. Сдвиг энергии "сшивки" приводит к уменьшению возраста тепловых нейтронов.

Повышение температуры ядерного горючего приводит к уширению резонансов горючего вследствие теплового движения этих ядер горючего.

Все это приводит к изменению реактивности реактора.

В большинстве случаев температурный эффект - отрицателен, и нагрев реактора сопровождается уменьшением эффективного ко­эффициента размножения. Это приводит к устойчивой работе реак­тора. Положительный температурный коэффициент приводит к не­устойчивости ввиду того, что в этом случае реактор, находящийся в критическом состоянии, становится надкритическим.

Распределение температуры по объему реактора изменяется со временем. Однако для многих практических задач с достаточной степенью точности можно считать, что в любой момент времени справедливо установившееся поле температур (квазистационарное приближение).

Рассмотрим понятие температурного эффекта (ТЭР, р_t и тем­пературного коэффициента реактивности (ТКР, a_t).

ТЭР - интегральная характеристика влияния Т на р и пред­ставляет собой изменение р при разогреве или расхолаживании ре­актора в заданном интервале температур. Изменяется в относитель­ных единицах или процентах:

Обычно подразумевается изменение р при разогреве от 20°С до ра­бочей температуры.

ТКР - дифференциальная характеристика влияния Т на р и представляет собой изменение р при разогреве реактора на 1°С. Измеряется ТКР в ⁰С и обозначается a

где Т_ср средне интегральная температура замедлителя

Так как то

Когда К_эфф =1 для практических приложений часто используется удобная зависимость

С эксплуатационной точки зрения r_t и а_t удобно разделить на две составляющие, медленно изменяющиеся во времени при изме­нении температуры и режима работы (изотермические) и быстро­действующие, отслеживающие изменение мощности (дина­мические).

Для удобства расчетов целесообразно выделить компоненту температурного эффекта, обусловленную равномерным нагревом реактора внешним теплом или собственным теплом на достаточно малом уровне мощности (~1%Nном):

Поэтому, изменения эффективного коэффициента размноже­ния DКэфф, обусловленные следующими процессами будут:

а) нагрев реактора до средней температуры теплоносителя:

б) паровой эффект

в) температурный эффект нагрева замедлителя

г) мощностной эффект (эффект Доплера)

Полный температурный эффект равен сумме парциальных эффектов.

Для анализа нестационарных процессов в реакторе необходи­мо знать температурные и мощностные коэффициенты реактивно­сти, численно равные изменению реактивности при единичном из­менении температуры или других отмеченных выше параметров: - Доплеровский а_д, К-¹ и мощностной а_TN, %-¹ коэффициенты

где DT- изменение средней температуры топлива при выводе реак­тора с нулевой на номинальную мощность;

- паровой коэффициент, %пара^-1:

Где массовая доля пара в паровой смеси на номинальной мощности %

К рассмотренным эффектам близки по влиянию на нейтронно-физические процессы аварийные эффекты потери теплоносите­ля.

В общем случае значение ТКР определяется по формуле:

Таким образом, задача сводится к вычислению зависимостей h e j q М² В² температуры Т.