Физические основы яб при перегрузке. План ответа.

1.К_ЭФФ как индикатор состояния цепной реакции (ЦР) деления и способов управления ею.

2. Реактивность dК – показатель скорости изменения ЦР, а относительная её величина r = dК/ b_ЭФФ является показателем безопасности управления ЯР.

3.Что такое b_ЭФФ и почему все параметры уравнения нейтронной кинетики нужно измерять в долях b_ЭФФ ?

4. Уравнения нейтронной кинетики ЯР в относительных параметрах в нестационарных и стационарных состояниях.

1.К_ЭФФ как индикатор состояния цепной реакции (ЦР) деления и способов управления ею.

Активная зона ЯР состоит из 5 основных элементов К_ЭФФ= ¦ ( И,Д,З,П,О ), где –

И- источники нейтронов, Д- ядра делящегося материала, З- ядра замедлителя , П- ядра поглотителей нейтронов и О – отражатель нейтронов.

Эта формула показывает, что изменение любого из этих элементов приводит к изменению К_ЭФФ и может использоваться как элемент управления цепной реакции.

Одновременно с этим:

К_ЭФФ = n₂ /n₁ (1)

где :n₂ – число нейтронов во втором поколении ЦР, а n₁ – число нейтронов в первом поколении ЦР деления и оно показывает состояние ЦР деления.

Состояния ЯР различаются между собой по соотношению вторичных и первичных нейтронов в каждом поколении ЦР. Различают три состояния ЯР :

К < 1 – подкритическое безопасное состояние ( ЦР не развивается )

K = 1 - критическое состояние ( ЦР поддерживается на грани опасного )

K > 1 - надкритичное опасное состояние ( ЦР развивается опасно)

Вопрос : От чего же зависит скорость изменения ЦР ?

Оказывается она зависит от относительного отклонения К_ЭФФ от критического состояния, равного единице. Степень же опасности развития цепной реакции зависит от относительного значения отклонения К от 1 . Эта мера опасности называется РЕАКТИВНОСТЬЮ dК :

К_ЭФФ - 1 n₂ - n₁

dК = --------------- = ----------------- ( 2)

К_ЭФФ n₂

Реактивность показывает относительную величину отклонения вторичных нейтронов от первичных за каждый цикл их жизни .

Вопрос: Что такое мгновенная критичность и чем она опасна ?

Ответ : Мгновенная критичность это разгон ЯР на одних мгновенных нейтронах без учёта запаздывающих ?

В формуле реактивности первичные и вторичные нейтроны состоят из мгновенных и запаздывающих. Причём принято часть запаздывающих нейтронов называть b -долей запаздывающих нейтронов относительно мгновенных . Эта доля составляет около 0,7% или 0,007 К_ЭФФ. Тогда запишем:

n₁ = n_{1 МГН} + n_{1 МГН} х b = n_{1 МГН} ( 1+b ) тоже можно записать и для n₂

.

n_{2 МГН} ( 1+b ) - n_{1 МГН} ( 1 + b ) n_{2 МГН} - n_{1 МГН}

Тогда при dК = ---------------------------------------- = ------------------- b ( 3 )

n_{2 МГН} ( 1 + b ) n_{2 МГН}

Если приращение вторичных мгновенных нейтронов над первичными превысит долю запаздывающих нейтронов b, то цепная реакция будет циклически развиваться со временем жизни мгновенных нейтронов 10^-4с.

Такой разгон на одних мгновенных нейтронах без учёта запаздывающих называется МГНОВЕННОЙ критичностью и он происходит при dК b !

Вопрос: Можно ли спастись от мгновенной критичности с помощью аварийной защиты ?

Для этого посмотрим – с каким периодом разгона происходит цепная реакция и успеет ли её остановить быстрая аварийная защита БАЗ, которая вводит стержни в активную зону за 1-2 сек ?

dn = n х dК Тогда n / n₀ = ехр ( dК х t) / Т _МГН (4)

dt Т _МГН

При dК = 0,01 > b , t = 1 сек и Т_МГН = 10^-4 сек значение n/ n₀ =10³⁰ –взрыв !

Поэтому величина периода разгона ЯР на мгновенных нейтронах при значении

dК = 0,01 равна Т_{Р МГН} = 0,01 сек и ни какая АЗ в мире не может спасти ЯР от расплавления.

Следовательно значение dК=b является мерой опасности для реактивности dК и согласно правилам ядерной безопасности изменять величину dК даже на 0,3 b запрещается т.к. при этом сработает быстрая аварийная защита и остановит реактор с большими экономическими потерями из-за ошибки оператора.

Вопрос: Но почему же вместо b нужно пользоваться какой то b_ЭФФ и важно ли это для ядерной безопасности ?

Оказывается, что очень важно и вот почему.