Переходные процессы в реакторе с мощностным эффектом реактивности

Реактор с отрицательным мощностным эффектом реактивности обладает свойством саморегулирования. Действительно, любое мгновенное введение положительной реактивности при постоянном расходе и теплосъеме (G = const) вызывает повышение мощности, немедленный разогрев топлива и повышение средней температуры активной зоны. Это при­водит к появлению отрицательной реактивности за счет отрицательного мощностного эффекта реактивности и после переходного процесса мощность сама стабилизируется на новом, более высоком уровне.

Отрицательный мощностной коэффициент реактивности, огра­ничивает мощность в аварийных ситуациях. Но большой отрицательный мощностной КР () существенно ограничивает возможности саморегулирования, так как он противодействует ТКР, стабилизирующему параметры ядерного реактора на новой мощности, достигнутой изменением нагрузки. В большинстве случаев мощностной коэффициент примерно на порядок меньше температурного, однако в переходных режимах вклад их в реактивность по значению примерно одинаков, так как в этих случаях изменение температуры топлива примерно на порядок выше изменения температуры теплоносителя. Поскольку энерговыделение происходит именно в топливе, то его температура практически следует за изменением мощности без запаздывания. Так как эта мгновенная составляющая всегда отрицательна она и определяет динамику поведения реактора и его управляемость в начальный момент времени после внесения возмущения по реактивности при работе реактора на энергетических уровнях мощности.

Отрицательный мощностной, как и температурный эффекты реактивности, улучшая безопасность ядерных реакторов, не должны быть большими, поскольку в этом случае потребуется система компенсации реактивности большого физического веса, чтобы обеспечить подкритичность после остановки и рас­холаживания ядерного реактора.

Отрицательный мощностной КР кроме обеспечения ядерной безопасности может быть использован для продления кампании реак­тора и, как следствие, дополнительной выработки энергии с той же загрузкой топлива. По достижении реактором конца кампании на но­минальной мощности он может быть выведен в режим саморегулиро­вания. При этом дальнейшее выгорание топлива и поддержание кри­тичности реактора происходит за счет постепенного самопроизвольного уменьшения мощности и температуры реактора и высвобождения соответствующей реактив­ности, обусловленной отрицательным мощностным и температурным коэффициентами. Кроме того, в реакторах на тепловых нейтронах с уменьшением мощности (плотности потока нейтронов) вводится положительная реактивность за счет уменьшения стационарного от­равления ксеноном.

Эффект продления кампании с самопроизвольным снижением мощности ниже номинальной используется на АЭС с ВВЭР. Имею­щийся опыт работы в этом режиме показывает, что кампания может быть продлена примерно на месяц. За это время электрическая мощ­ность блока уменьшается по сравнению с номинальной примерно на 30%, а температурный уровень теплоносителя в первом контуре - примерно на 5%, что приводит к ухудшению параметров вырабатываемого на турбину пара и, как следствие, уменьшение КПД блока. Поэтому продолжительность работы реактора в таком режиме определяется в конечном итоге технико-экономическими показателями работы энергоблока.

Мощностной эффект реактивности в реакторах ВВЭР может быть определен по разности положений стержней СУЗ на начальном и номинальном уровнях мощности. При этом следует иметь в виду, что эффективность стержней СУЗ существенно зависит от температуры и концентрации борной кислоты. МКР измеряют, вводя в реактор, работающий на определенном уровне мощности, малые возмущения. Анализируя затем поведение мощности, температуры, давления, можно найти МКР и другие коэффициенты реактивности. Одна из методик заключается в последовательном введении возмущений путем смещения одной из групп СУЗ, сброса нагрузки на турбогенераторе и изменения давления в первом контуре. Это позволяет найти МКР при постоянной температуре теплоносителя на входе реактора, БКР и ТКР при заданном уровне мощности.