Эффективность частично погруженного стержня

Для определения эффективности частично погруженного стержня в случае произвольного распределения нейтронного поля может быть использована зависимость эффективности стержня от плотности потока нейтронов

(5.8)

- эффективность полностью погруженного стержня, находящегося на расстоянии от центра активной зоны.

Координата отсчитывается от верха активной зоны.

Зависимость эффективности стержня от глубины его погружения в активную зону называется интегральной характеристикой стержня.

Зависимость эффективности перемещения единицы длины стержня (например,1 см) от положения стержня в активной зоне называется дифференциальной характеристикой стержня - .

Дифференциальные и интегральные характеристики стержней представлены на рис. 5.4 и 5.5:

Рис.5.4. Дифференциальная характеристика одного (1) и нескольких (2) регулирующих стержней

Рис.5.5. Интегральные характеристики одного (1) и нескольких (2) регулирующих стержней

Если «вес» стержня небольшой, то при погружении его в активную зону нейтронное поле по высоте практически не деформируется и дифференциальная характеристика имеет вид симметричной кривой (рис. 5.4, кривая 1).

При погружении в активную зону сильного поглотителя или нескольких стержней нейтронное поле искажается, смещаясь вниз. Максимум дифференциальной характеристики также смещается в нижнюю часть активной зоны (кривая 2).

Дифференциальная характеристика измеряется экспериментально. Она необходима для:

1) определения допустимого шага подъема стержня исходя из допустимого значения высвобождаемой реактивности ()

(5.9)

Обычно ,

2) нахождения допустимой скорости подъема стержня, исходя из допустимой скорости высвобождения реактивности и максимального значения дифференциальной эффективности

(5.10)

Интегральная характеристика стержня описывается выражением:

(5.11)

В реальных условиях даже одинаковые стержни имеют различную эффективность в зависимости от места расположения их в активной зоне. Особенно это относится к большим реакторам, каким является РБМК.

«Вес» отдельный стержней в РБМК может отличаться в 10 и более раз.

Для выравнивания высотного поля в РБМК применяются регулирующие стержни с укороченной поглощающей частью – укороченные стержни-поглотители, которые вводятся снизу активной зоны. Зависимость эффективности такого стержня от глубины его погружения имеет некоторые особенности. В случае «длинного» стержня эффективность монотонно возрастает на протяжении полного хода перемещения стержня. Если же стержень «короткий», то его эффективность будет возрастать лишь до момента, когда середина стержня будет находиться на уровне максимума распределения нейтронного потока по высоте (при симметричном распределении плотности потока по высоте – на уровне половины высоты активной зоны). В этом положении эффективность стержня достигает наибольшего значения. Дальнейшее перемещение стержня эквивалентно его извлечению из активной зоны, так как стержень входит в область с уменьшающимся значением плотности потока нейтронов.

Рис. 5.6. Зависимость дифференциальной (1) и интегральной (2) эффективности «короткого» стержня от глубины его погружения в активную зону при косинусоидальном распределении нейтронного потока по высоте зоны

Положение нижнего конца стержня (при вводе в активную зону сверху), при котором его эффективность достигает максимума, называется точкой опрокидывания. При достижении стержнем точки опрокидывания его удельная эффективность становится равной нулю, т.е. при малом перемещении его эффективность не изменяется.

При перемещении стержня ниже точки опрокидывания его интегральная эффективность уменьшается. Это объясняется тем, что его нижняя часть связывает уменьшающийся нейтронный поток, а верхняя часть высвобождает увеличивающийся поток.

Поскольку дифференциальная характеристика отображает графически наклон к оси абсцисс интегральной характеристики, ниже точки опрокидывания она становится отрицательной. Для удобства отрицательную ветвь кривой обычно изображают в положительной области как зеркальное отражение истинной кривой.

В реакторах РБМК-1000, чтобы избежать ввода положительной реактивности при вводе стержней УСП в зону дальше точки опрокидывания, концевые выключатели сервоприводов настроены таким образом, чтобы исключить ввод стержня в зону снизу более чем на 3,5 м.