Реактивность реактора

Реактивность ядсрного реактора, г - величина, характеризующая динамику цепной реакции в активной зоне ядерного реактора. Реактивность выражается через коэффициент размножения нейтронов: r=(k-i)/k. Используется при описании некритических состояний реакторов. Поскольку к обычно мало отличается от единицы, г~к-1, то реактивность показывает превышение к над единицей. В критическом реакторе г=о, в надкритическом реактивность положительна, в подкритическом - отрицательна. Если какое-либо явление приводит к снижению коэффициента размножения, то оно порождает отрицательную реактивность. Если в результате некоторого эффекта к увеличивается, то появляется положительная реактивность.

Если плотности нейтронов различных поколений равны, то реактор критичен: средняя плотность нейтронов п в нём в любой момент времени постоянна и уровень мощности реактора - не изменяется. Если плотность нейтронов от поколения к поколению возрастает, то реактор надкритичен: плотность нейтронов в нём в любой момент времени - функция возрастающая, а, следовательно, мощность реактора во времени растёт. Если же плотность нейтронов последовательно сменяющих друг друга поколений уменьшается, то реактор подкритичен, и его мощность со временем падает.

Величина:

представляющая собой отношение чисел нейтронов рассматриваемого и непосредственно предшествующего ему поколений нейтронов, называется эффективным коэффициентом размножения нейтронов в реакторе. В критическом реакторе Kej= 1, в надкритическом реакторе Ке/> 1, а в подкритическом - Ket< 1, а величина эффективного коэффициента размножения (по тому, насколько она отклоняется от единицы) позволяет оценить интенсивность нарастания или убывания мощности реактора (большие значения ведут к атомному взрыву).

Реактивность - отклонение коэффициента размножения от единицы, отнесенное к коэффициенту' размножения.

При г=о состояние стационарно. В критическом реакторе величины избыточного коэффициента размножения и реактивности равны ну'лю, в надкритическом реакторе они положительны, а в подкритическом - отрицательны. Каждому значению г отвечает определённая скорость изменения мощности с характерным временем 7V (период реактора), устанавливающаяся после некоторого переходного этапа. При г<0 мощность снижается, при г>о - растёт. Если |г|<<[3 ([} - доля запаздывающих нейтронов), то период реактора определяется запаздывающими нейтронами и оказывается достаточно большим, чтобы обеспечить регулирование цепной реакции. С увеличением положительной реактивности период реактора быстро уменьшается. При г>р период реактора полностью определяется временем жизни мгновенных нейтронов t„ и не зависит от временных параметров запаздывающих нейтронов:

Если г>>р, то происходит быстрый (аварийный) разгон ядерного реактора на мгновенных нейтронах.

Количество актов деления зависит от впемени по закону:

где i — полное число актов деления, произошедших за время г с начала реакции, N0 - число ядер, претерпевших деление в первом поколении, к - коэффициент размножения нейтронов, тПОк - время «смены поколений», т.е. среднее время между последовательными актами деления, характерное значение которого составляет ю*8 сек.

В процессе работы ядерного реактора происходят изменения реактивности: быстрые, связанные с изменением температуры реактора в переходных режимах, и медленные, при изменении состава активной зоны за счёт выгорания ядерного горючего и накопления осколков. Эффект реактивности бывает температурным или мощностностным.

В температурный эффект значительный вклад вносит плотностной эффект - изменение при нагреве плотности замедлителя или теплоносителя (в единице объёма уменьшается количество ядер замедлителя). При нагреве топлива наблюдается допплеровский эффект - увеличение диапазона энергий нейтрона, при которых происходит резонансный захват на ядрах 2з8и. Температурный эффект характеризуется температурным коэффициентом а, который показывает изменение реактивности при нагревании реактора на один градус. Зависимость реактивности от температуры представляется в виде линейной функции:

где 0О и 0 - начальная и текущая температуры реактора.

Отрицательный температурный коэффициент обеспечивает устойчивую работ>г реактора в стационарном режиме. Если мощность реактора причинам увеличится, за этим последует повышение температуры реактора. Тогда реактивность реактора становится отрицательной, и мощность понижается, возвращаясь к исходному уровню. При снижении уровня мощности реактор охлаждается до температуры ниже начальной, вследствие чего появляется положительная реактивность, и заданная мощность восстанавливается. Таким образом, реактор с отрицательным температурным коэффициентом саморегулируется. Совершенно по-другому ведёт себя реактор с положительным температурным коэффициентом. Случайное повышение мощности ведёт к появлению положительной реактивности и дальнейшем}' рост}' мощности реактора, а понижение мощности - к выключению реактора. Реакторы с положительным температурным коэффициентом неустойчивы в работе и плохо регулируются. Поэтому стремятся иметь реактор с отрицательным коэффициентом в области рабочих температур. Особо высок (4-10-4) отрицательный температурный коэффициент в водо-водяных реакторах, для водо-графитовых реакторов он значительно ниже.

Мощностной коэффициент реактивности равен изменению реактивности при изменении мощности на единицу, а также температурным коэффициентом реактивности, равным отношению изменения реактивности к температуре теплоносителя (при постоянной мощности). Значения коэффициентов реактивности изменяются с мощностью, а также в процессе выгорания горючего. Порядок величины асимптотических коэффициентов реактивности: мощностного - ю-5 МВт1, температурного - ю-5 К1.

Изменение реактивности осуществляется движением регулирующих стержней по показаниям технологических датчиков. Если К*ф-кг] (г- доля запаздывающих нейтронов, время жизни которых -14,4 с), то ядерная цепная реакция будет развиваться только при участии запаздывающих нейтронов за время порядка минут, т.е. будет хорошо регулируемой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >