Понятие реактивности

ЦР возможна только в том случае, если хотя бы один из родившихся при делении ядра нейтронов снова произведет деление. Количественная характеристика возможности осуществления ЦР – эффективный коэффициент размножения (k_эф), представляющий собой отношение числа нейтронов n₂ в данном поколении к числу нейтронов в поколении предыдущем n₁ (или делений ядер), непосредственно предшествующем поколении:

Следует различать «реактивность» и «запас реактивности». Реактивность  – степень отклонения реактора от критического состояния (т.к. k_эф1, то k_эф). Запас реактивности _зап – максимально возможная реактивность при полностью извлеченных из активной зоны реактора поглотителях: _зап = k_эф/ k_эф^полн.

Изменения числа нейтронов яд реакторе вызывает уменьшение или увеличение потока нейтронов, а следовательно его мощности.

Если сообщить реактору избыточную реактивность то плотность нейтронов в реакторе будет изменяться по экспоненциальному закону

n(t) = n₀·e^ρ·t/l где ρ это реактивность а l время жизни одного поколения нейтронов- время от момента рождения до поглощения.

Изменение  сопровождается переходным процессом по плот­ности потока нейтронов, обусловленным изменением в течение некоторого времени соотношением между количеством мгновенных n_мгн и запаздывающих n_зап нейтронов. При положительном скачке  (в интервале 0 <  < _эф )происходит увеличение мощности на мгновенных нейтронах в течение долей секунды (время определяется временем жизни мгновенных нейтронов). Мощность от значения Nо увеличивается до N(l) на величину:

N⁺ = N(l) – N_о = N_о·/( _эф – )

После этого в течение некоторого времени количество запаздывающих нейтронов n_зап остается на прежнем уровне, а n_мгн увеличивается сразу до нового значения n_мгн' . Следовательно, уменьшается эффективная доля запаздывающих нейтронов (n_зап/n_мгн' < n_зап/n_мгн), и процесс протекает ускоренно до установления постоянного соотношения n_зап(t)/n_мгн(t) и постоянного установившегося периода разгона.

Нарушается баланс и при отрицательном скачке , но в этом случае _эф. увеличивается, т.к. n_мгн сразу же уменьшается, а n_зап некоторое время остается на прежнем уровне. Поэтому при одинаковом по абсолютному значению скачке  от нулевого значения, но разного знака (+) снижение Ф происходит медленнее, чем увеличение.

Для случая  < 0 снижение мощности с уровня Nо до N(l), будет:

При работе ЯР на стационарной мощности влияние запаздыва­ющих нейтронов отсутствует.

При значении   эф (для ВВЭР-1000 K_эф ≥ 1,0065) влияние запаздывающих нейтронов на скорость изменения мощности ЯР прекращается, это граница управляемости ЯР. В этом случае реактор становится критичным на одних мгновенных нейтронах. По этой причине состояние реактора  = _эф. называется мгновенной критичностью.

В отсутствие запаздывающих нейтронов управление цепной ядерной реакцией деления было бы крайне затруднительно, если вообще возможно, так как требовалось бы постоянное быстрое введение очень малых значений реактивности с большой точностью. При положительной реактивности такой реактор идёт в разгон с малым периодом:

1)Пусть  = 0, т.е. реактор критичен на мгновенных нейтронах. Время жизни теплового нейтрона составляет –  = 5·10^–5с. При увеличении эффективного коэффициента размножения на величину 0,001, получим рост мощности через одну секунду:

2)С учетом запаздывающих нейтронов, время жизни поколения нейтронов l ~ 0,1с. При увеличении эффективного коэффициента размножения на ту же величину 0,001 получим рост мощности через 1 секунду.