- •А.И. Охрименко
- •Г.Димитровград
- •Предисловие.
- •1. Введение
- •1.1. Типы ядерных реакторов и основные процессы в них
- •1.2. Основные ядерные реакции. Поглотитель. Отражатель. Активная зона реактора.
- •1.3 Источники нейтронов, детекторы нейтронов.
- •1.4. Микроскопическое сечение ядерных реакций.
- •1.5. Простейшее уравнение баланса нейтронов. Коэффициент размножения бесконечной среды. Концентрация ядер, макроскопическое сечение. Скорость реакции, поток нейтронов.
- •1.6. Эффективный коэффициент размножения, вероятность избежать утечки, реактивность реактора.
- •1.7. Замедление нейтронов, спектр нейтронов, классификация реакторов по спектру.
- •1.8. Мощность реактора.
- •2. Структура активной зоны реакторов на тепловых нейтронах и ее характеристики.
- •2.1 Схема реактора
- •2.2. Пример реакторной установки с корпусным водо-водяным реактором для выработки электроэнергии.
- •2.3. Особенности промышленных энергетических ядерных реакторов.
- •2.4. Формула четырех сомножителей.
- •2.5. Спектр нейтронов и коэффициент размножения бесконечной гетерогенной среды.
- •2.6. Формула шести сомножителей.
- •Отдельные величины формулы четырех сомножителей
- •Расширение k до kэфф
- •1080 Нейтр
- •22 Нейтр
- •200 Нейтр.
- •599 Нейтр.
- •2.7. Зависимость р и f от коэффициента замедления.
- •2.8 Обусловленное выгоранием изменение произведения рf
- •2.9 Распределение потока нейтронов в активной зоне реактора
- •2.9.1 Грубое представление
- •2.9.2 Точное представление
- •2. 10 Построение размножающей сборки
- •3 Коэффициенты реактивности
- •3.1 Общие положения
- •3.2. Положительный и отрицательный коэффициенты реактивности.
- •3.3. Температурный коэффициент топлива (коэффициент Доплера).
- •3.4 Температурный коэффициент замедлителя Гтм
- •3.5 Пустотный коэффициент
- •3.6. Мощностный коэффициент.
- •3.7 Баланс реактивности.
- •3.8. Средства управления реактивностью
- •4. Кратковременные переходные процессы в реакторе
- •4.1 Общие положения
- •4.2 Нарастание потока нейтронов за счет мгновенных нейтронов.
- •4.3 Запаздывающие нейтроны
- •Данные запаздывающих нейтронов для случая деления lj-235 на тепловых нейтронах.
- •4.4. Нарастание потока нейтронов за счет запаздывающих нейтронов
- •4.5 Важные понятия
- •4.6 Временной режим подкртической системы
- •1 Момент изменения реактивности
- •4.7 Временной режим реактора при весьма малой мощности
- •4.8. Временной режим реактора при работе на мощности.
- •4.9. Временной режим реактора после отрицательного скачка реактивности
- •1 Момент изменения реактивности
- •5. Долговременные процессы в реакторе
- •5.1 Общие положения
- •5.2 Выгорание твэлов
- •5.3. Отравление ксеноном
- •5.4. Отравление самарием
- •5.5 Конверсия и воспроизводство.
- •5.5.1. Оценка коэффициента воспроизводства.
- •5.5.2.Связь между критичностью и коэффициентом воспроизводства.
- •6. Физические особенности реакторов на быстрых нейтронах.
- •6.1. Факторы, определяющие спектр нейтронов в активной зоне быстрого реактора.
- •6.2. Обогащение ядерного топлива в быстром реактора.
- •6.3. Структура активной зоны быстрого реактора и ее размеры.
- •6.4. Плотность тепловыделения, выбор теплоносителя и компоновка энергетического быстрого реактора.
- •6.5. Управление быстрым реактором.
- •6.5.1. Роль запаздывающих нейтронов.
- •6.5.2 Коэффициенты реактивности и контроль быстрого реактора.
- •6.5.2.1. Доплеровский коэффициент реактивности
- •6.5.2.2 Температурный коэффициент реактивности теплоносителя.
- •6.5.2.3. Температурные коэффициенты реактивности топлива и конструкционных материалов
- •6.5.3 Средства управления реактивностью
- •6.5.3.1 Два вида управляющих стержней
- •6.5.3.2 Материал управляющих стержней
- •6.5.3.3 Эффективность управляющих стержней
- •Причины изменения реактивности
- •Требования к эффективности регулирующих стержней, стержней останова, и аварийных стержней
- •6.6. Превращение актинидов.
- •6.6.1 Долгоживущие продукты деления и актиниды
- •6.6.2. Выжигание актинидов в ядерных реакторах.
- •6.7. Радиационная защита.
- •6.8. Сравнение быстрых реакторов с тепловыми.
- •7. Историческая справка (заключение).
- •Литература
6.5. Управление быстрым реактором.
6.5.1. Роль запаздывающих нейтронов.
Роль запаздывающих нейтронов в управлении быстрым реактором такая же как и при управлении тепловыми. Внесенная положительная реактивность не должна превышать . Однако в случае сильно обогащенного ураном-235 ядерного топлива быстрых реакторов эффективная доля запаздывающих нейтронов <0,64%, а при наличии в активной зоне 239Pu она снижается до значения 0,02%. Поэтому управление механическими регулирующими стержнями делает быстрый реактор более опасным. В случае небольшой ошибки в механическом перемещении регулирующего стержня возможно введение положительной реактивности больше . Быстрый реактор опаснее теплового еще и по причине того, что среднее время жизни мгновенных нейтронов в быстром реактора =10-7с меньше чем в тепловом (=10-3с). Поэтому разгоны в быстром реакторе осуществляются быстрее при одинаковой внесенной положительной реактивности. Последнее представляет наибольшую опасность в случае .
6.5.2 Коэффициенты реактивности и контроль быстрого реактора.
6.5.2.1. Доплеровский коэффициент реактивности
Одной из важнейших составляющих отрицательного мощностного коэффициента реактивности является отрицательный доплеровский коэффициент, благодаря которому при увеличении мощности реактора и температуры топлива мгновенно проявляется отрицательный эффект реактивности. Это объясняется тем, что с ростом температуры топлива происходит доплеровское уширение (см. п.3.3), т.е. увеличение резонансных нейтронных сечений захвата и деления. В больших активных зонах основной вклад в доплеровский коэффициент реактивности вносят нейтроны с энергией ниже 75КэВ. В отличие от тепловых реакторов, у которых основной вклад в доплеровский коэффициент определяется нейтронами из области разрешенных резонансов, в быстрых реакторах примерно 50 % вклада определяется нейтронами из области энергий неразрешенных резонансов (из энергетической области, где резонансы перекрываются). Отрицательная составляющая доплеровского коэффициента реактивности, существенно компенсирует небольшую положительную составляющую, связанную с увеличением резонансных сечений деления 239Рu. Наличие 241Рu в составе топлива увеличивает значение коэффициента, а наличие 240Рu уменьшает его.
6.5.2.2 Температурный коэффициент реактивности теплоносителя.
С ростом температуры натрия уменьшается его плотность, одновременно увеличиваются размеры твэлов увеличиваются. Таким образом натрий из активной зоны вытесняется натрий. Уменьшение содержания натрия в активной зоне (т.н. пустотный эффект натрия), влечет за собой изменение значений трех других величин, которые составляют температурный коэффициент реактивности теплоносителя и которые действуют частично в противоположное направление. Вследствие пустотного эффекта
• увеличивается утечка нейтронов, что ведет к уменьшению kэфф, т.е. влияние этого эффекта отрицательно;
• уменьшается плотность замедляющих веществ в активной зоне, что смещает энергетический спектр нейтронов в сторону более высоких энергий; (Этот эффект положительный, поскольку с ростом энергии нейтронов увеличивается среднее значение делящихся нуклидов и одновременно увеличивается доля делений на 238U)
• уменьшается поглощение нейтронов, так что влияет отрицательно на развитие цепной реакцию, правда незначительно.
В быстром реакторе "Суперфеникс" суммарный температурный коэффициент реактивности теплоносителя положительный, составляющий 510-6 при изменении температуры натрия на 1 °С. Положительный температурный коэффициент реактивности теплоносителя компенсируется при нормальной работе реактора большими по значению отрицательными коэффициентами реактивности, обусловленными эффектом Доплера, расширением топлива и активной зоны. Только в случае гипотетических аварийных ситуаций, предполагающих полное вытеснение натрия из центральных областей активной зоны в результате вскипания, возможен положительный суммарный эффект реактивности.