17. Малые реактивности

Пусть  мало, т.е. T таково, что

, т.е. (τ_{i max} = 80сек)

или T больше любого из времени жизни запаздывающих нейтронов. Если это так, то, пренебрегая единицей в знаменателе выражения для , получим

где - среднее время жизни нейтронов с учетом запаздывания.

Это означает, что прямая характеризуется наклоном , зависящим от запаздывания нейтронов. В этом выражении влияние первого члена мало, т.к.

, а

Значит, большие изменения  приводят к малым изменениям в периоде T (слабая чувствительность T к  при малых ), а чувствительность определяется временем . Период реактора примерно на 2 порядка больше, чем в случае, если бы запаздывающих нейтронов не было.

1. Большие реактивности

Пусть T настолько мал, что

,

т.е.

Тогда

Снова - прямая, наклон которой характеризуется средним временем жизни мгновенных нейтронов l. Прямые отсекают от оси  величину  (доля запаздывающих нейтронов). Перегиб (перелом) кривой происходит при ≈ - резко изменяется чувствительность реактора к изменениям реактивности. При малых  его изменение приводит к малым изменениям периода, при больших – те же самые его изменения приводят к большим изменениям периода. Дело в том, что при > реактор становится критическим на одних мгновенных нейтронах.

Тогда коэффициент размножения на мгновенных нейтронах

- условие критичности на одних мгновенных нейтронах.

=

Таким образом, при ~ ( мало по сравнению с 1) реактор становится мгновенно-критическим, и не играют роли запаздывающие нейтроны. В качестве параметра чувствительности T к  начинает выступать l. При >> чувствительность T к  быстро растет, и управлять реактором становиться трудно, поэтому реально не работают с >. Период в 10см считается опасным, и при достижении такого периода срабатывает аварийная защита реактора.

Реактивность обычно измеряют в величинах , что позволяет оценить безопасность или опасность режима. При этом спонтанные колебания  ~ 10^-4.

2. Тепловой взрыв

Период реактора может стать малым, оператор не среагирует, возникнет тепловой взрыв. Реактор состоит не только из горючего, в любом реакторе есть замедлитель, теплоноситель. В уран-водном реакторе может произойти резкое вскипание воды, вода как бы мгновенно испаряется и выплёскивается. Это происходило на критических сборках. Вода выплёскивалась, оставшаяся часть реактора становилась подкритичной. Утечка резко увеличивается, ТВЭЛы ещё не успеют оплавиться, как реактор остановится. Повышение температуры на ТВЭЛах приводит к его расплавлению, тепловой реактор становится подкритичным. Замедлитель играет большую роль, зона не будет критической, если горючее собрать в одно место, реактор будет подкритичным. Расплавление ТВЭЛов в тепловом реакторе приводит к снижению критичности. Для реакторов на быстрых нейтронах имеем более обогащённое горючее, он будет критическим, если всё горючее истечёт на дно реактора, и станет подкритичным после прожигания дна.

3. Вес

Пусть имеем реактор из 400 стержней 1см. и длиной 1м., помещенных в бак с водой на расстоянии 2-3см. друг от друга. Если изъять один стержень из середины зоны в точно критическом реакторе, то реактор станет подкритическим, если поместить один лишний стержень, то реактор станет надкритичным с определенным установившимся периодом, который можно измерить.

Реактивность, появившаяся при внесении уранового стержня в точно критический реактор, называется весом стержня в данном реакторе. Т.е. вес-это вклад одного стержня в коэффициент размножения.

Если из данного реактора извлечь один стержень из центра активной зоны, то для того, чтобы реактор снова стал критическим, нужно поставить 4-5 стержней на периферии активной зоны. Значит, вес стержня зависит от его места в реакторе.

Весом обладают не только урановые, но и поглощающие, и регулирующие стержни - вообще любая часть реактора и каждый прибор, вносимый в реактор, т.к. при этом изменяются ядерные характеристики в данном месте, и изменяется соотношение между поглощением, утечкой и генерацией нейтронов. Таким образом, любое действие в реакторе или вблизи него может привести к появлению реактивности. Может оказаться, что приближение человека к реактору может привести к изменению реактивности реактора, особенно когда реактор имеет недостаточно хороший отражатель. Вода, входящая в состав человеческого организма, является хорошим отражателем. Это может осуществляться на критических сборках. Особенно строго нужно следить за коэффициентом размножения, за реактивностью в энергетических реакторах. Работа идёт в напряжённом режиме. Температура близка к температуре плавления. Может быть скачок температуры, что повлечёт за собой расплав ТВЭЛа. Любое действие оператора на реакторе может привести к изменению реактивности (изменение температуры, расхода теплоносителя, особенно чувствительна реактивность к плотности теплоносителя). Нужно учитывать возможные случаи распределения нейтронов, чтобы не расплавить активную зону. Почему увеличение периода чувствительности является неприятным фактом? Казалось бы, изменение чувствительности может повлечь достаточно малое изменение реактивности. Имеем

Поток, как функция времени

К_изб можно сделать таким, чтобы период Т был достаточно большим

К_изб~10^-4 и если l будет достаточно мало, то следить за потоком в реакторе очень сложно. Запаздывающие нейтроны обезопасили управление ядерным реактором.