Способы управления реактором

Способ изменения К_эфф с помощью вынимания и вставления блоков применяется крайне редко (мы же не вынимаем дрова из печи, чтобы прекратить огонь, а заливаем его водой).

“Погасить” ценную ядерную реакцию можно с помощью вещества, сильно поглощающего нейтроны, например, ¹⁰В (_а = 755 барн на тепловых нейтронах).

С помощью поглотителя можно не только уменьшить, но и увеличить мощность реактора (для этого реактор сразу делают надкритическим и вводят столько бора, чтобы реактор стал критическим).

Надо найти удобный способ введения и выведения бора. В активной зоне оставляют тоннели для стержней, заполненных бором.

Положение стержня, при котором К_эфф = 1, можно назвать критическим.

Запаздывающие нейтроны

Пока что мы не обращали внимание на важный фактор – время (а ведь процесс изменения мощности, перемещения поглощающих стержней проходит во времени).

Рассмотрим пример. Пусть К_эфф = 1,1 и в первом поколении имеется 100 нейтронов. За какое время мощность возрастет в 100 раз (т.е. станет 10000 нейтронов)? Для этого нужно знать время жизни одного поколения тепловых нейтронов. Оно равно ~ 10^-5с.

Т.о., 50 поколений (именно таков путь от 100 до 10000 нейтронов при К_эфф = 1,1) сменится за 0,0005 с. При таких условиях оператор не сможет управлять реактором.

Каждый реактор должен быть рассчитан на вполне определенную мощность. И если беспредельно увеличивать мощность, то худший исход - это взрыв (правда, не такой, как взрыв атомной бомбы – ее можно “взорвать” только на быстрых нейтронах).

Что нужно сделать, чтобы изменить мощность в 100 раз? Вот что:

• оператор должен вывести поглощающий стержень до К_эфф = 1,1;

• заметить по приборам момент, когда мощность достигает необходимой величины;

• вернуть поглощающий стержень в прежнее положение (К_эфф = 1);

На все это необходимо не 0,0005 с, а, скажем, 5 с. За это время мощность возрастет не в 100 раз, а в 10^{20 000} раз (это наверняка взрыв реактора).

Можно поставить автоматику вместо оператора. В ней будет одно медленно действующее (инерционное) звено – поглощающий стержень. Допустим, за 0,5 с мы успеем стержень ввести и снова вывести из активной зоны, тогда мощность за это время возрастет «всего лишь» в 10²⁰⁰⁰ раз (но это тоже взрыв).

Еще один резерв – взять К_эфф не 1,1, а допустим 1,001, тогда увеличение мощности в 100 раз произойдет за 0,05 с (а за 0,5 с мощность возрастет в 10²⁰ раз). Для надежной работы автоматики нужно, чтобы увеличение мощности в 100 раз происходило не за 0,05 с, а за 100-200 с.

Казалось бы, это очень просто – надо взять К_эфф = 1,00001. Но это технически невозможно из-за чувствительности стержней управления.

Что же делать? Вот тут к нам на помощь и приходят так называемые запаздывающие нейтроны. Оказывается, 0,76% всех нейтронов данного поколения появляются не сразу, а в среднем через 12 с - из осколков деления. Это и есть запаздывающие нейтроны (а остальные нейтроны, появляющиеся в момент деления ядра урана, называются мгновенными).

За счет запаздывающих нейтронов время жизни одного поколения нейтронов становится в среднем равным 0,1 с, тогда при К_эфф = 1,005 мощность возрастает в 100 раз за 5 минут, что вполне приемлемо.

Но запаздывающие нейтроны могут помочь только тогда, когда на мгновенных нейтронах реактор подкритичен (т.е. К_эфф < 1,0076), т.е. управлять мощностью реактора нужно только на запаздывающих нейтронах.