1.Запас и расход реактивности для работы в течение года работы яр,

Реактор может работать только в том случае, если его эффективный коэффициент размножения К_ЭФФ больше или равен единице. Поэтому избыток реактивности над единицей называют запас реактивности и он равен:

+ dК_ЗАПАСА = К_ЭФФ -1

Образно говоря, его можно сравнить с запасом горючего в автомашине.

Целью перегрузки является создание начального значения К_{ЭФФ НАЧ.} = 1 + dК_ЗАПАСА

Величина этого + dК_ЗАПАСА должна быть равна или больше отрицательного значения реактивности, который расходуется в ЯР во время работы на такие эффекты реактивности, как выгорание топлива, увеличение температуры активной зоны и другие.

Сумма всех отрицательных эффектов реактивностей называется расход реактивности и он равен:

- dК_{РАСХОДА} = - dК_{ВЫГОРАНИЯ} - dК_{ТЕМПЕРАТУРЫ} - dК_{ОТРАВЛЕНИЯ} и другие

Значения этих составляющих измеряются и фиксируются физиками во время работы ЯР в течение всего года и они являются основанием для определения запаса реактивности во время перегрузки топлива.

Полученное расчётное значение К_{ЭФФ НАЧ.} для реакторов типа ВВЭР-1000 оказывается порядка от 1,24 до 1,28 , т.е. значительно превосходит значение 1,007 ,которое необходимо для опасного значения мгновенной критичности.

Поэтому при перегрузке наряду с внесением положительной реактивности топливом необходимо вносить отрицательную реактивность различного вида поглотителями нейтронов.

Чтобы познакомиться с этой проблемой, рассмотрим картограмму активной зоны ЯР типа ВВЭР-1000 и наличие трех видов вносимых поглотителей.

1.Перемещаемых управляющих стержней в виде кластеров ( пучков стержней – поглотителей нейтронов, вводимых в полые трубки кассет с тепловыделяющими сборками (ТВС).

Всего в активной зоне находится 160 кассет с ТВС. Из них внутри 61 кассеты находятся управляющие стержни. Эти кассеты заштрихованы и обозначены номерами групп, к которым они принадлежат, а остальные кассеты без управляющих стержней имеют белый цвет.

Управляющие стержни разбиты на 10 групп по 6 штук в каждой группе. Это сделано для того, чтобы при их перемещении поддерживать равномерное распределение энерговыделения по всей активной зоне.

При пуске стержни извлекаются последовательно с первой группы по десятую, а при нормальной остановке в обратной последовательности.

Поглотительная способность одного стержня составляет около 0,2 b_ЭФФ для того, чтобы избежать аварии при замене одного неисправного стержня другим. Однако при перемещении одной группы стержней общая их поглотительная способность составляет 1,2 b_{ЭФФ .} Для того, чтобы при неисправном извлечении каждой группы

надкритичность не достигла мгновенной критичности, стержни в каждой группе перемещаются по очереди в строгой последовательности автоматически для защиты от ошибок оператора.

Поглотительная способность 10 групп составляет -12 b_ЭФФ . С точки зрения ядерной безопасности это очень большая величина и она контролируется оператором по положению каждого стержня и всех групп стержней.

2. Другим способом управления реактивностью ЯР является введение в теплоноситель первого контура раствора борной кислоты Н₃ВО₃ , которая также очень сильно влияет на безопасность ЦР в процессе управления.

Изменение концентрации Н₃ВО₃ всего на 1г/л приводит к изменению реактивности на величину порядка 2 b_ЭФФ , что составляет два значения мгновенной критичности и также требует от оператора предельного внимания к изменяемой концентрации. При остановке ЯР перед перегрузкой топлива в теплоноситель вводится концентрация Н₃ВО₃ , равная 16 г/л или -32 b_ЭФФ. Случайное попадание обычной воды в открытую активную зону также очень опасно !

3. Третьим очень эффективным способом управления реактивностью является введение в активную зону не перемещаемых стержней с выгорающими поглотителями нейтронов (СВП). Эти стержни предназначены для автоматической компенсации выгорания делящихся материалов в течение 300 суток работы ЯР.

Их общая поглотительная способность составляет около -15 b_ЭФФ .

Таким образом, в конце перегрузки баланс между положительным значением запаса реактивности + dК_ЗАПАСА и всеми тремя видами поглотителей с отрицательными значениями реактивностей должен быть отрицательным с большим запасом подкритичности во избежание возможных ядерных аварий.

По рекомендациям МАГАТЭ значение этой подкритичности должно быть не менее половины отрицательного значения + dК_ЗАПАСА .

Проверим это соотношение в самом благоприятном случае при отсутствии ошибок оператора и любых нарушений. Тогда значение степени подкритичности , равное -dК_{ПОДКРИТИЧНОСТИ} составит :

-dК_{ПОДКРИТИЧНОСТИ} = + dК_ЗАПАСА - dК_{ПОГЛОТ.} = +36b_ЭФФ- 59b_ЭФФ =-23b_ЭФФ.

Теперь после прикидки ожидаемых значений реактивности рассмотрим физические основы безопасности операции перегрузка.

Вопрос : На что расходуется запас реактивности в реакторах ВВЭР-1000?

Поскольку после загрузки должно быть К_ЭФФ= 1,24 , т.е. величина положительной избыточной реактивности r= + 36 b_ЭФФ , то согласно правилам ядерной безопасности после загрузки всех ТВЭЛ значение степени подкритичности должно быть не менее – 3 b_ЭФФ .

Для проверки этого требования сложим составляюшие значения

всех реактивностей :

1. Избыточной реактивности за счёт свежего топлива = + 36 b_ЭФФ ,

2. Отрицательная составляющая борной кислоты при С = 16 г/л примерно равна

- 32 b_Эфф ,

3.Если предположить, что отрицательная составляющая всех выгорающих поглотителей по расчётам должна составлять примерно = -15 b_ЭФФ , а

4. Поглотительная способность всех управляющих стержней должна составлять около -12 b_{ЭФФ ,} то общая сумма всех составляющих реактивностей будет равна :

r₀ = + 36 b_ЭФФ - 32 b_ЭФф -15 b_ЭФФ -12 b_ЭФФ = - 23 b_ЭФФ !

Другими словами, даже при ошибках в расчётах поглотительных

способностей борной кислоты, выгорающих поглотителей и управляющих стержней по отношению к нормам ЯБ остается запас на степень подкритичности -20 b_ЭФФ !

Это означает, что при отсутствии нарушений в процессе всей загрузки ЯР будет оставаться подкритическим !