Ответы на вопросы ТУР. 1. Реакторные измерения. 2 2 Нейтронные источники. 4

• Название: 1. Реакторные измерения. 2 2 Нейтронные источники. 4
• Анкор: Ответы на вопросы ТУР.docx
• Дата: 13.12.2017
• Размер: 6.93 Mb.
• Имя файла: Ответы на вопросы ТУР.docx
• Тип: Документы; #11333
• страница: 26 из 39

50 Подкритическое состояние реактора.

Одна из важнейших операций системы управления и защиты (СУЗ) реактора - это пуск реактора.

Пуск выполняется в основном путем операций с реактором, находящимся в подкритическом состоянии, т. е. при ρ < 0, или к_эф < 1.

Пуск реактора из глубоко подкритического состояния проводится посредством постепенного извлечения органов регулирования и компенсации реактивности вплоть до достижения критичности при безусловном выполнении правил ядерной безопасности в отношении скорости процесса.

Задача данного раздела — анализ характера переходного процесса при изменении степени подкритичности δk_эф = k_эф-1, уменьшающейся по абсолютной величине вслед за извлечением органов компенсации.

При этом наибольший интерес представляют:

характер изменения плотности нейтронов в подкритическом реакторе при изменении степени подкритичности (при введении положительной реактивности);

параметры, характеризующие переходные процессы в подкритическом реакторе и, в частности, при выводе его в критическое состояние;

связь этих параметров со степенью подкритичности.

Воспользуемся элементарным уравнением кинетики реактора в следующем виде:



q— удельная мощность источника нейтронов, н/(см³•с)

Это то же самое уравнение, что мы получали и использовали ранее, но в нем поставлен модуль и знак минус, чтобы подчеркнуть подкритичность.

Источники нейтронов в ЯР:

1) спонтанное деление ядер топлива.

Удельная скорость спонтанного деления ²³⁸U6, 96 дел/скг;

Удельная скорость спонтанного деления ²³⁵U в 22раза меньше;

2) нейтроны космического излучения:

на уровне моря Ф 6,5  10^-3нейтр/см²с.

3) фотонейтроны.

Если ядерный реактор уже работал, в нем накапливаются
-активные нуклиды. При наличии в активной зоне Be или Dимеет место фотонейтронная (; n) реакция на этих ядрах.

4) искусственные источники нейтронов,

представляющие собой смесь -излучателей с нуклидами, имеющими низкий порог реакции выбивания нейтрона. Используются источники интенсивностью 10⁶10⁷ нейтр/с.

После внесения в подкритическую активную зону источника нейтронов плотность нейтронов увеличивается по экспоненциальному закону, стремясь при i →∞ к пределу



Такой характер переходного процесса легко объяснить. Действительно, к начальной плотности n₀^ист, созданной источником в момент его внесения в активную зону, в каждом цикле размножения будет добавляться

В результате» когда число циклов размножения т стремится к бесконечности, плотность нейтронов в подкритическом реакторе, где к_эф<1, асимптотически приближается к пределу, представляющему собой сумму бесконечно убывающей геометрической прогрессии:



Последнее выражение называют подкритическим коэффициентом умножения нейтронов.

так как приведенное отношение показывает, во сколько раз установившаяся в подкритической активной зоне с источником плотность нейтронов превышает начальную плотность нейтронов, созданную источником в момент его внесения в данную активную зону.





Показанное на рисунке линейное увеличение плотности нейтронов в критическом реакторе не противоречит закону постоянства п при к_эф=1.

Названный закон отображает внутренние свойства реактора без источника нейтронов, а на рисунке показано увеличение п/п₀^ист за счет нейтронов источника.

Стоит извлечь источник - (q=0), как увеличение плотности нейтронов прекратится.

К этим же выводам можно прийти, проанализировав элементарное уравнение кинетики реактора (с учетом источника), которое при к_Эф = 1 имеет вид

dn/dt = q и решение п = n₀ + qt.

 Если представить степень подкритичности δк_эф как сумму изначальной подкритичности и вводимого скачкообразно возмущения то можно записать:



Ввиду того, что δк_эф и δк_эф0 в подкритическом реакторе отрицательны, а знак δк_эф в может быть любым, это уравнение часто записывают в виде



причем знак минус (-) перед δк_эф в означает введение положительной реактивности, а знак плюс (+) — наоборот, отрицательной (для подкритического реактора).



Реально для определения времени достижения установившейся плотности нейтронов после изменения степени подкритичности принимают момент времени, когда плотность нейтронов достигает некого договоренного значения.

Обычно это 95 % установившегося значения.

Так как установившаяся плотность нейтронов в подкритическом реакторе определяется отношением

n₀^ист / | δк_эф|

то принятое условие стабилизации процесса можно записать в виде



Отсюда

Если для простоты ограничиться случаем, когда состояние реактора близко к критическому, и пренебречь в квадратных скобках членом \δк_Эф\ по сравнению с единицей, то после логарифмирования последнего равенства получим:

откуда

Откуда



Поскольку характер реальных переходных процессов во многом определяется наличием запаздывающих нейтронов, можно повысить точность вычисления t_уст, заменив в расчетной формуле lна эффективное время жизни:



Из полученного равенства следует, что чем ближе критическое состояние, тем больше время стабилизации процесса. В критическом реакторе время достижения установившейся плотности нейтронов бесконечно.

Для мгновенных нейтронов подкритичность равна



При скачкообразном изменении реактивности имеет место сначала скачок подкритического потока нейтронов на мгновенных нейтронах



Время установления этого потока



Далее поток будет устремляться к Ф_уст со временем, определяемым временем запаздывания запаздывающих нейтронов t_зап, то есть время установления подкритического потока будет определяться t_зап.



Если взять среднее время запаздывания t_зап=10 с, то при подкритичности δК_эф = 0.01







Из этого выражения следует, что по мере приближения к критическому состоянию скорость нарастания плотности нейтронов быстро увеличивается, хотя скорость уменьшения степени подкритичности остается постоянной.