|
|
Ответы на вопросы ТУР. 1. Реакторные измерения. 2 2 Нейтронные источники. 4
37 Выгорающие поглотители.
В реакторах ВВЭР-1000 по мере усовершенствования технологии топлива применяется уран все более высокого обогащения (на сегодня уже около 5%) и весь увеличивающийся запас реактивности не может быть скомпенсирован только системой борного регулирования.
Иначе в воду надо вводить очень много кислоты, что при выбранных пара метрах решетки влияет на условия ядерной безопасности.
Поэтому в активную зону помещается твердый неперемещаемый ВП.
Основным назначени ем ВП являются:
частичная компенсация запаса реактивности на выгорание в на чальный период кампании топлива;
полное выгорание ВП на заключительном периоде кампании топлива и, соответственно, полное освобождение оставшейся реактивности первичного и наработанного вторичного топлива;
выравнивание распределения энерговыделения как по радиусу активной зоны реактора в целом, так и по сечению отдельных ТВС.
Свое название выгорающие поглотители получили потому, что исходные нуклиды, используемые в качестве ВП и имеющие большие сечения поглощения, после захвата нейтронов превращаются в нук лиды с небольшим сечением поглощения, что эквивалентно удалению поглотителя из активной зоны.
В идеале уменьшение концентрации ВП при работе реактора должно было бы происходить так, чтобы скорость высвобождения реактивности была равна скорости уменьшения начального запаса реактивности на выгорание и шлакование топлива с учетом воспроизводства.
Но иде ального соответствия в водо-водяных реакторах достичь не удается, но все же положительный эффект от применения ВП весьма ощутим:
Кроме существенного снижения начальной стартовой концентрации борной кислоты и ограничения диапазона изменения ее концентраций, положительный эффект состоит еще и в том, что профилированное размещение ВП в активной зоне позволяет целенаправленно уменьшать неравномерность распределения плотности энерговыделе ния в ТВС.
Характер изменения запаса реактивности ρзап в условиях применения ВП будет определяться соотношением скоростей выгорания 235U и ВП, а это соотношение скоростей во многом зависит от его способа размещения в активной зоне и свойств нуклидов, применяемых в качестве ВП .
Способы размещения выгорающих поглотителей :
Размещение ВП, при котором обеспечивается примерное равен ство средних значений плотности потока нейтронов в ядерном топли ве и в ВП (Фт = Фвп).
Такой выгорающий поглотитель называют гомогенным (ГВП) или неблокированным. Примером неблокированного размещения ВП является их гомогенное перемешивание с ядерным топливом (твэги), введение их в виде присадок в материал кожухов ТВС или оболочек твэл.
Блочное размещение ВП, при котором их наружные слои экра нируют внутренние, вследствие чего происходит постепенное обгорание этих поглощающих блоков. Такие выгорающие поглотители на зываются блокированными или самоэкранированными (СВП). Конструктивно они исполняются в виде отдельных абсолютно черных для нейтронов стержней, размещаемых внутри ТВС.
Гомогенные выгорающие поглотители
Если ВП равномерно распределен в топливе, то со блюдается условие гомогенности размещения ГВП
ФВП ≈ Ф5 = Ф.
Из аналитического вида решения уравнений и требования полного выгорания ВП следует требование к нуклидам, используемым в качестве выгорающих поглотителей.
В качестве выгорающих поглотителей могут использо ваться такие материалы, как бор (естественная смесь изотопов бора со средним сечением σа =767 б), кадмий.
Очень удобны и хорошо проявили себя в практической эксплуатации малых реакторов типа ВВЭР также естественная смесь изотопов гадолиния
(7 изотопов с σа
46 600 б),
смесь изотопов эрбия (5 изотопов с σа = 10 000 б).
При гомогенном размещении ВП выгорает гораздо быстрее урана, поэтому в начале кампании положительная реактивность, высво бождаемая сгоранием ГВП, гораздо больше, чем снижение реактивно сти от выгорания урана.
В результате в балансе реактивности (в оперативном запасе реактивности), например, реактора типа ВВЭР может наблюдается характерная для ГВП картина - всплеск реактивности в начале кампании, называмый борным выбегом
При гомогенном размещении ВП выгорает гораздо быстрее урана, поэтому в начале кампании положительная реактивность, высво бождаемая сгоранием ГВП, гораздо больше, чем снижение реактивно сти от выгорания урана.
В результате в балансе реактивности (в оперативном запасе реактивности), например, реактора типа ВВЭР может наблюдается характерная для ГВП картина - всплеск реактивности в начале кампании, называмый борным выбегом.
При гомогенном размещении ВП выгорает гораздо быстрее урана, поэтому в начале кампании положительная реактивность, высво бождаемая сгоранием ГВП, гораздо больше, чем снижение реактивно сти от выгорания урана.
В результате в балансе реактивности (в оперативном запасе реактивности), например, реактора типа ВВЭР может наблюдается характерная для ГВП картина - всплеск реактивности в начале кампании, называмый борным выбегом.
При гомогенном размещении ВП выгорает гораздо быстрее урана, поэтому в начале кампании положительная реактивность, высво бождаемая сгоранием ГВП, гораздо больше, чем снижение реактивно сти от выгорания урана.
В результате в балансе реактивности (в оперативном запасе реактивности), например, реактора типа ВВЭР может наблюдается характерная для ГВП картина - всплеск реактивности в начале кампании, называмый борным выбегом.
Блокированные (самоэкранированные)
выгорающие поглотители
Блоки выгорающего поглотителя с большим сечением поглощения рассматриваются как гетерогенная решетка из абсолютно черных стерж ней в условно гомогенизированной активной зоне.
Введение в активную зону СВП приводит к заметной деформа ции нейтронного поля в области его расположения, которая замет но уменьшается по мере обгорания блока (см. рис.).
Блоки или стержни СВП сначала обгорают по поверхности, затем поверхностные слои становятся прозрачными, начинается выгорание следующих слоев.
Характер изменения радиального распределения нейтронного потока Ф по ячейке СВП при увеличении энерговыработки реактора от Q1 до Q2
Борный выбег уменьшается и может быть полностью исключен, в то же время эффект действия поглотителя смещается на вторую половину кампании.
Но слишком большая степень блокирования может привести к тому, что в конце кампании в зоне останется много невыгоревшего поглотителя и это не даст полностью реализовать деление оставшегося урана.
Разумеется наи лучшего эффекта можно достичь комбинированным применением гомогенных и самоэкранированных ВП.
|
|
|
Скачать 6.93 Mb.