3.4 Температурный коэффициент замедлителя Гтм

Этот коэффициент описывает изменение коэффициента размножения или реактивности при изменении температуры замедлителя Т_З (которая в водоохлаждаемых реакторах эквивалентна температуре теплоносителя):

Влияние температуры замедлителя на k объясняется уменьшением плотности воды при повышении температуры (рис. 2.11). Поскольку кривая на этом рисунке показывает связь между температурой и плотностью замедлителя, можно использовать рассуждения п.2.7 для понимания зависимости коэффициентов р и f от температуры замедлителя. В этом разделе была рассмотрена их зависимость от коэффициента замедления m. В обсуждаемой здесь связи плотность топлива практически не меняется, так что при изменении температуры замедлителя m изменяется только потому, что изменяется плотность замедлителя. Таким образом, кривая на рис. 2.3 однозначно показывает связь между изменением температуры замедлителя и изменением m, и достаточно переформулировать, ее данные для температуры замедлителя:

Влияние на р: повышение температуры замедлителя снижает плотность замедлителя (или m), в резонансной области U-238 топливных стержней захватывается сравнительно больше нейтронов, вероятность избежания резонансного захвата р уменьшается доля р в Г_тм отрицательна.

Влияние на f: коэффициент использования тепловых нейтронов -это отношение тепловых нейтронов, поглощенных топливом, к общему числу поглощенных тепловых нейтронов. С повышением температуры замедлителя (при котором уменьшаются плотность замедлителя и m) замедлитель поглощает меньше нейтронов, значит f увеличивается, доля f в Г_тм положительна.

Сюда добавляется влияние на вероятность избежать утечки Р: повышение температуры замедлителя (уменьшение плотности замедлителя) повышает шанс нейтрона выйти из активной зоны реактора наружу. Вероятность избежании утечки Р уменьшается, доля Р в Г_Тм отрицательна,

Влияние плотности замедлителя на величины  и  формулы четырех сомножителей незначительно.

Изменения мощности реактора действуют на температуру теплоносителя (замедлителя) не сразу, поскольку теплопередача из топливного стержня в теплоноситель требует некоторого времени, которое обычно составляет несколько секунд. Современные энергетические реакторы необходимо рассчитывать так, чтобы температурный коэффициент замедлителя Г_ТН уже сам но себе был отрицательным. Доли р и Р в Г_ТМ| отрицательны, а с помощью конструктивных мер можно добиться отрицательной доли в Г_ТМ если и не одного f то хотя бы произведения pf: как показано в п.2.7, реактор для этого рассчитывают недозамедленным. С уменьшением плотности замедлителя (коэффициент замедления m уменьшается, температура замедлителя увеличивается - см. ветвь кривой слева от максимума на рис. 2.14) произведение pf уменьшается, его доля в Г_ТМ отрицательна.

Здесь очевидна связь с рассуждениями в п.п. 2.7 и 2.8: высказывание "недозамедленный реактор" по смыслу означает то же, что "отрицательный температурный коэффициент замедлителя Г_ТМ". Сюда вписываются и рассуждения, касающиеся водо-водяных и кипящих реакторов.

Водо-водяные реакторы.

Для ВВР на рис. 3.4 показана типичная кривая зависимости температурного коэффициента замедлителя Г_ТМ (без бора) от температуры. Коэффициент Г_ТМ для любой температуры отрицателен, причем для более высоких температур он имеет и более отрицательное значение.

Р ис. 3.4. ВВЭР: характер изменения температурного коэффициента замедлителя Г_ТМ в зависимости от температуры замедлителя, без добавки бора

Если в теплоноситель был добавлен бор, то при повышении температуры одновременно с уменьшением плотности теплоносителя уменьшается и плотность растворенного в нем бора. Уменьшение концентрации бора означает менее интенсивное поглощение, а значит, повышение f, т.е. растворенный в теплоносителе бор вносит положительный вклад в Г_ТМ. Поэтому кривая на рис 3.4 после добавки бора сместится вверх: при достаточно большой добавке бора она перейдет через линию Г_ТМ = 0 в недопустимую положительную область. Отсюда видно, что для добавки бора имеется некоторый верхний предел: в случае реактора, который должен работать при температуре ок. 300°С, можно добавлять не более 1300 ррm (весовых) бора. На рис. 3.5 показано получающееся в этом случае изменение Г_ТМ в зависимости от температуры. Хотя Г_ГМ при 300°С отрицателен, но почти для всей области более низких температур он положителен. В этой области температуры работа реактора не допускается. Запрещается нагревать его из области низких температур (с положительным Г_ТМ) его собственной мощностью до рабочей температуры 300°С. Вместо этого нагрев происходит "неядерно" - за счет работы циркуляционных насосов до тех пор, пока они не разогреют теплоноситель за счет трения до рабочей температуры.

Кривая на рис. 3.5 соответствует состоянию в начале цикла (твэлы не выгорели или выгорели лишь слабо, для компенсации нужна максимальная возможная добавка бора). Кривая на рис. 3.4 соответствует состоянию к концу цикла (глубокое выгорание твэлов, добавка бора полностью прекращена).

Р ис. 3.5. ВВЭР: характер изменения температурного коэффициента замедлителя Г_ТМ в зависимости от температуры замедлителя с добавкой бора 1300 (весовых) млн^-1

На рис. 3.6 дополнительно показана зависимость температурного коэффициента замедлителя от концентрации бора для постоянной рабочей температуры в 300°С.

Р ис. 3.6. Температурный коэффициент замедлителя Г_ТМ при разных концентрациях бора

Кипящие реакторы.

Для кипящего реактора на рис. 3.7 показан характер изменения температурного коэффициента замедлителя в зависимости от температуры в начале и в конце цикла. Как уже было показано в разделе 2.8, смещение кривой в ходе цикла вверх происходит за счет того, что в конце цикла управляющие стержни выведены из активной зоны, а каналы управляющих стержней заполнены водой. Система замедлена сильнее, а в холодном состоянии даже перезамедлена (положительный температурный коэффициент замедлителя). Безопасности реактора это не угрожает, поскольку Г_ТМ в ТВС (без воды в каналах) остается отрицательным, а вода в каналах реагирует на повышение мощности ростом температуры с большим запаздыванием (конкретно с большой постоянной времени циркуляции теплоносителя).

Р ис. 3.7. Кипящий реактор: характер изменения температурного коэффициента замедлителя Г_ТМ в зависимости от температуры замедлителя