6.5.2.3. Температурные коэффициенты реактивности топлива и конструкционных материалов

С ростом температуры топлива увеличивается длина твэла, уменьшается отнесенная к единице объема активной зоны плотность топлива, что вызывает уменьшение k_эфф. В быстром реакторе-размножителе большой мощности, температурный коэффициент реактивности, обусловленный радиальным и аксиальным расширением, активной зоны вследствие увеличения температуры топлива и теплоносителя, равен приблизительно -2 10^-6/°С. Увеличение радиальных размеров активной зоны в результате увеличения температуры стальных конструкций вызывает уменьшение отнесенной к единице объема активной зоны плотности топлива и, следовательно, ведет к отрицательному эффекту реактивности, который характеризуется температурным коэффициентом реактивности от расширения конструкций.

6.5.3 Средства управления реактивностью

6.5.3.1 Два вида управляющих стержней

Быстрый реактор управляется и останавливается введением или выведением в активную зону материала, поглощающего нейтроны. Однако, для быстрых реакторов два обстоятельства обусловливают другое решение управления цепной реакцией, чем в реакторах на тепловых нейтронах.

Первое обстоятельство, это большее значение средней длины свободного пробега быстрых нейтронов по сравнению с тепловыми нейтронами. Поэтому части активной зоны быстрого реактора физически более тесно связаны, чем в тепловом реакторе. Отсутствует проблема зонной нестабильности и нет заметной дисперсии нейтронного потока в твэлах. Поэтому группы стержней управления взаимосвязано двигаются по всем частям активной зоны одновременно и, чтобы свести к минимуму возмущение потока нейтронов в активной зоне. Такие возмущения привели бы к неравномерностям выходной температуры теплоносителя. Конструктивно стержни управления двигаются сверху вниз.

Второе обстоятельство, это применение натрия в качестве теплоносителя. В натрии нельзя растворять бор для компенсации запаса реактивности, как это делается в тепловом реакторе, добавляя борную кислоту.

По этим причинам в быстрых реакторах управление осуществляется во всех периодах работы только управляющими стержнями, которые содержатся в значительном количестве, в быстром реакторе "Суперфеникс", например, 24 органов регулирования, состоящих из 18 поглощающих стержней. Отличают три группы управляющих стержней, регулирующих стержней, стержней останова и аварийных стержней. Регулирующие стержни служат контролем рабочего режима реактора. Скорость передвиже­ния регулирующих стержней и стержней останова составляет также как и в тепло­вом реакторе порядка 1 мм/с. Стержни, предназначенные для аварийного останова реактора могут вводится в свободном падении в течение 0,7 - 0,8 с

6.5.3.2 Материал управляющих стержней

Обычно в качестве поглощающего материала используется бор, иногда обогащенный изотопом ¹⁰В, в форме карбида В₄С. В быстром реакторе "Суперфеникс" обогащение ¹⁰В составляет 93 %. Альтернативными вариантами являются металлический тантал, окись европия или гадолиния. Изотоп ¹⁰В имеет высокое сечение реакции (n, ), изменяющееся по закону  вплоть до 0,1 МэВ. Поглощение нейтронов происходит в основ­ном в нижней части спектра. Однако, эта реакция обладает и недостатком. Образующиеся -частицы, которые накапливаются в кристаллах карбида бора как атомы гелия, приведут к образованию газовых пузырьков. Накопление гелия и выгорание В ограничивают продолжение использования борных стержней для регулирования в действующем реакторе.