Аварии с изменением реактивности

Реактивность системы можно представить в виде суммы

,

- внешнее воздействие на реактивность (например, перемещение органов регулирования или топлива);

- внутренний эффект обратной связи по реактивности, учитывающий все изменения температуры в АЗ.

,

где - изменение средней температуры топлива, замедлителя, теплоносителя, либо конструкционных материалов;

- коэффициент реактивности соответствующего эффекта.

1) Уравнениями нейтронной кинетики;

2) Системами уравнений г/д и т/о, связывающих мощности реактора и изменения температуры АЗ;

3) Уравнениями, связывающими изменение температуры с реактивностью.

Температурный коэффициент реактивности :

4) Эффекты от учета мгновенных нейтронов. Зависят от мгновенного состояния топлива (определяются эффектом Доплера, искривлением твэлов и т.д.). В энергетических реакторах температурный коэффициент реактивности, связанный с быстрыми эффектами равен

5) Эффекты от запаздывающих нейтронов. Связаны с замедлителем и теплоносителем. В энергетических реакторах температурный коэффициент реактивности, связанный с запаздывающими эффектами равен

Температурный коэффициент реактивности, связанный с эффектом Доплера

В тепловом реакторе

В быстром реакторе с оксидным топливом

Коэффициенты реактивности замедлителя и теплоносителя

Основной вклад в температурный коэффициент реактивности вносит изменение их плотности. Увеличение температуры изменяет плотность теплоносителя, а, следовательно, замедление нейтронов.

Если плотность замедлителя убывает, то средняя длина свободного пробега нейтронов возрастает, длина миграции возрастает, а, следовательно, утечка нейтронов из АЗ возрастает и поглощение нейтронов убывает.

В ВВЭРах влияние всех этих факторов приводит к отрицательному температурному коэффициенту реактивности замедлителя (). Но значение этого коэффициента зависит от концентрации жидкого поглотителя в замедлителе и выгорания в АЗ.

Поглотителем является раствор борной кислоты. Для большой концентрации поглотителя, характерной для периода после перегрузки, температурный коэффициент реактивности может стать больше 0. Поэтому необходимо понижать концентрацию борной кислоты в теплоносителе, компенсируя часть запаса реактивности стержнями с выгорающим поглотителем.

Пустотный коэффициент реактивности

Определяется как изменение реактивности на 1 процент изменения объема пустот.

В ВВЭРах, РБМК, БР пустоты в теплоносителе могут образовываться в результате кипения, вихреобразования (повороты, изгибы), аварийной ситуации и т.д.

Влияние образования пустот аналогично влиянию понижения плотности теплоносителя (понижения скорости замедления нейтронов приводит к возрастанию утечки и резонансного захвата, а понижение поглощения нейтронов приводит к повышению коэффициента использования тепловых нейтронов).

Пустотный коэффициент в натриевом быстром реакторе.

Три основных эффекта (от образования дополнительных пустот):

1) повышение средней энергии нейтронов в активной зоне из-за снижения плотности замедления (это может приводить как к росту реактивности, так и к ее убыли),

2) второй эффект, связанный с увеличением утечки нейтронов из-за уменьшения плотности теплоносителя, приводит к понижению реактивности,

3) обусловлен поглощением нейтронов в Na – эффект всегда положителен.

Знак полного коэффициента зависит от конструкции и геометрии активной зоны.

При соответствующем выборе геометрии активной зоны всегда можно обеспечить отрицательный пустотный коэффициент реактивности (например за счет утечки нейтронов) или можно сконструировать реактор с сильным отрицательным доплеровским коэффициентом.

Полный температурный коэффициент определяется с учетом всех эффектов.

Анализ абсолютных значений и знаки всех составляющих температурного коэффициента должен проводиться для всего спектра состояний реактора (различные уровни мощности, различная степень отравления, перегрузка активной зоны, ремонт и т.д.).

§ 2. Механизмы ввода реактивности:

1) неконтролируемое извлечение из активной зоны регулирующих стержней;

2) расплавление или разрушение органа воздействия на реактивность;

3) расплавление ТВС;

4) всплытие ТВС в потоке теплоносителя;

5) радиальное смещение ТВС;

6) образование пустот внутри теплоносителя (или исчезновение пустот), включая кипение или опорожнение (слив), вихреобразование;

7) изменение температуры теплоносителя или замедлителя;

8) перемещение ТВС и поглощающих стержней из-за внешних воздействий;

9) неконтролируемое изменение концентрации жидкого теплоносителя.

§3.Пусковые аварии.

Пусковая авария - авария, происходящая в остановленном реакторе при неожиданном росте реактивности. Такая авария может произойти из-за ошибочных действий оператора при быстром выведении регулирующих стержней. Это может привести к неконтролируемому разгону реактора. Поэтому реактивность вводят с определенной скоростью. Управляющие стержни объединены в определенные группы и передвигаются в определенном порядке.

Для немедленного прекращения пусковой аварии предусматривается остановка реактора с номинальной аварийной защитой. При срабатывании аварийной защиты вводится отрицательная реактивность со скоростью 1¸2 b_эф в секунду.

Последствия пусковой аварии в случае, если аварийная защита не сработает и реактор не будет остановлен, весьма плачевны. В продолжение аварийного режима мощность реактора повышается, температура ТН повышается, температура ядерного топлива повышается. Нарастание мощности прекратится только при выделении достаточной отрицательной реактивности за счет эффекта Доплера при разогреве топлива и температурного эффекта при разогреве воды.

В итоге, при достаточно большой избыточной реактивности возможно расплавление оболочек и сердечников твэлов. Но есть второй барьер безопасности – 1 контур, корпус. Если все будет герметично, то выброса радиоактивности не произойдет.

Эффекты самоограничения при пусковой аварии.

1- всплеск мощности без средств защиты (по еxp закону), мощность быстро нарастает вплоть до разрушения реактора.

2 – реактор обладает малым отрицательным коэффициентом реактивности α_т

3- большое значение отрицательного коэффициента реактивности (уровень мощности)

4 – уставка срабатывания аварийной защиты АЗ

5 – номинальный уровень мощности

6– воздействие рабочих органов регулирования.

7– совместное воздействие рабочих органов регулирования и отрицательного коэффициента реактивности.

N – нейтронная мощность; t – время

С повышением |α_т| пиковое значение N понижается.

При «внутренней» защите(кривые 2,3) мощность реактора остается на номинальном уровне, отвечающем равновесию положительной и отрицательной реактивностью.

При «внешних» воздействиях – срабатывании АЗ, т.е сбросе стержней, реактор выключается.