Паровой коэффициент реактивности

Особое внимание уделим паровому коэффициенту реактивности ввиду его особой значимости для физики РБМК-1000.

Рассмотрим вначале плотностной коэффициент реактивности a_g, определяв его как коэффициент пропорциональности между реактивностью dr, выделившейся пpи изменении плотности пароводяной смеси на dg, и величиной dg.

(6.10)

В этом случае выражение (6.2) можно записать как

(6.11)

Поскольку peaктивность выражается в безразмерных величинах (например, в %), то размерность a_gбудет обратной размерности плотности, т.е., например, см³/г. В эксплуатационной практике вводятся еще две величины: идеальный паровой коэффициент реактивности:

(6.12)

где β - идеальное обьемное паросодержание, а также истинный паровой коэффициент реактивности

(6.13)

Отличие истинного и идеального паросодержания φ и βзаключается в учете в первом случае проскальзывания между жидкой и паровой фазой.

Аналогично можно ввести коэффициент реактивности по весовому паросодержанию, по расходу воды и т.п. Из (6.13) следует, что связь между плотностным и паровым коэффициентами реактивности определяется величиной dg/dj. Поскольку плотность пароводяной смеси g связана с идеальным паросодержанием b соотношением

(6.14)

то

(6.15)

где

r_b и r_п - плотности воды и пара на линии насыщения. Для рабочего состояния в реакторе РБМК -1000 (давление ~ 79 атм, t^вх_н2О= 265 ° C) r_b = 0,77 г/см³, r_п= 0,05 г/см³ получим

(6.16)

Это соотношение использовалось для оценки соотношения между паровым и плотностным коэффициентами реактивности. Отметим, что паровой коэффициент противоположен по знаку плотностному коэффициенту реактивности и меньше по абсолютной величине. Точное значение коэффициента пропорциональности ¶g¤¶j определяется теплогидравлическими характеристиками процесса парообразования (например, учет проскальзывания между фазами дает значение ~-0,6 / /).

Отметим, что согласно определению (6.12), паровой коэффициент реактивности является безразмерной величиной.

Паровой коэффициент реактивности зависит от глубины выгорания и начального обогащения топлива, количества поглотителей в активной зоне (ДП, стержней СУЗ), уровня мощности. На рис. 6.6 приведена расчетная величина парового коэффициента реактивности a_j на номинальной мощности в зависимости от среднего выгорания для реакторов РБМК-1000 вторых очередей. Для сведения приведены значения концентраций урана, плутония, количество ДП в активной зоне, измеренные величины a_j на 1 блоке САЭС.

Рис. 6.6. Расчетная величина парового коэффициента реактивности на номинальной мощности в зависимости от выгорания

В настоящее время на реакторах РБМК-1000 осуществлен переход на топливо обогащением 2,4%, осуществляется переход на уран-эрбиевое топливо и ДП кластерного типа сб. 2641. В результате проведения всех этих мероприятий удается удерживать a_j в диапазоне (0,3 ÷ 0,8) · 10^-2b/%.

Рассмотрим физические процессы, определяющие величину и знак парового коэффициента реактивности.

Вода в технологических каналах реактора РБМК играет двойственную роль – роль замедлителя и поглотителя нейтронов. При наличии лучшего, чем вода замедлителя (графит) при изменении ее плотности (превращении в пар) ярче проявляется роль поглотителя. Поэтому, при уменьшении плотности воды (парообразовании) в реакторе РБМК-1000 без поглотителей вносится положительная реактивность во всем диапазоне изменения плотности воды. Величина вводимой положительной реактивности зависит от обогащения топлива и уменьшается с его ростом в связи с тем, что при увеличении обогащения, увеличивается доля поглощений в топливе, по отношению к доле поглощений в воде (остается неизменной, так как конструкция ТВС и ТК не изменялись, т.е. не меняется количество воды в ячейке). Одно и то же изменение плотности воды в ТК с топливом большего обогащения приводит к меньшему изменению реактивности. Величина вводимой положительной реактивности растет с увеличением выгорания топлива.

Величина a_j носит сложный распределенный характер по объему активной зоны. Например, распределение a_j по высоте реактора зависит от уровня мощности, наличия и количества поглотителя в слое. Вид зависимости a_j(R) для стационарного режима на уровне мощности 100% при запасе реактивности 40 ст.РР и начальной загрузки представлен на рис.6.2.5.