Вопрос 26.
В реакторах, работающих при высоких потоках тепловых нейтронов, может возникать крайне опасный эффект, называемый пространственными ксеноновыми колебаниями. Суть его заключается в том, что спонтанно вся мощность реактора сосредоточивается в какой-то сравнительно небольшой части объема реактора (например, если речь идет о спонтанных ксеноновых колебаниях по высоте реактора, то вся мощность может сосредоточиться на половине высоты реактора), что, конечно, приводит к тяжелой аварии - перегорают твэлы.
Причинами возникновения ксеноновых колебаний являются деформации в распределениях концентраций йода и ксенона, появляющиеся в результате изменений тепловой мощности реактора более чем на 20-30 % Nном и перемещений рабочей группы более чем на 5 % Hа.з. относительно своего разрешенного стационарного положения на время более 0.5-1 часа. Наиболее неблагоприятным фактором, приводящим к возникновению ксеноновых колебаний является длительное, более чем 0.5-1 часа, положение групп ОР СУЗ в диапазоне от 40 до 60 % от низа активной зоны.
Ксеноновые колебания условно разделяются на радиальные, азимутальные, и аксиальные. Анализ стабильности отдельных составляющих, показывает, что для реактора ВВЭР-1000 существенными являются лишь аксиальные колебания и только для них нужно принимать специальные мероприятия по их ограничению. Цель этих мероприятий заключается в управлении аксиальным распределением энерговыделения в стационарных и переходных режимах эксплуатации активной зоны на энергетических уровнях мощности в диапазоне от 30 до 100 % номинальной тепловой мощности. При работе реактора на уровнях мощности ниже 30 % номинальной уровня управление аксиальное управление энерговыделения может не выполняться.
Вопрос 27.
Шлакование топлива - это процесс накопления в работающем реакторе стабильных и долгоживущих продуктов деления, участвующих в непроизводительном захвате тепловых нейтронов и, тем самым, понижающих запас реактивности реактора.
Каждый из шлаков характеризуется величиной своего удельного выхода (i), величиной микросечения поглощения (аi) и макросечения поглощения нейтронов (аi), величина которого пропорциональна ядерной концентрации шлака (Ni): аi = ai Ni.
Кроме того, способность каждого шлака “отнимать” нейтроны из цикла характеризуется относительной долей поглощаемых им нейтронов, равной отношению скоростей поглощения нейтронов рассматриваемым шлаком и ядрами урана-235:
.
(16.1.1)
Совершенно очевидно, что такой же мерой можно измерять и относительную интенсивность поглощения тепловых нейтронов всеми шлаками вместе:
(16.1.2)
а) Первая группа шлаков (так называемые сильные шлаки) характеризуется величиной микросечения поглощения составляющих группу шлаков, существенно большей величины микросечения поглощения 235U:
(ai)1гр a5
б) Вторая группа шлаков, характеризуемых величиной микросечения поглощения, по порядку величины совпадающего с сечением поглощения урана-235:
ai a5
в) Шлаки третьей группы (так называемые слабые шлаки) характеризуются величинами микросечений поглощения нейтронов аi , существенно меньшими величины микросечения поглощения урана-235:
ai a5
Качественный характер изменения потерь запаса реактивности от шлакования реактора шлаками каждой из групп, а также суммарная кривая потерь запаса реактивности от шлакования реактора всеми шлаками этих групп показаны на рис.16.1.
ш(z)
0 z
1-я группа
3-я группа
2-я группа
Рис. 16.1. Качественный характер роста потерь запаса реактивности за счёт раздельного шлакования
реактора шлаками трёх групп и кривая потерь запаса реактивности от шлакования всеми шлаками.
Эта кривая потерь запаса реактивности от шлакования для любого конкретного реактора может быть пересчитана в кривую зависимости от энерговыработки реактора W, которая, понятно, в рассмотренном случае является величиной, пропорциональной степени выгорания.
Таким образом, главный практический вывод из всего рассмотренного по вопросу шлакования реактора, который будущему оператору нелишне запомнить, таков:
Потери запаса реактивности реактора от шлакования в процессе кампании в зависимости от энерговыработки (или степени выгорания урана-235) лишь в самый начальный период кампании ( 5% от номинальной энерговыработки реактора) нарастают не линейно, что объясняется относительно быстрым ростом концентрации каждого из сильных шлаков до их стационарных концентраций. В оставшийся период кампании они растут практически по линейному закону от энерговыработки, степени выгорания, а при постоянном уровне мощности реактора - и во времени.