Ответы на вопросы ТУР. 1. Реакторные измерения. 2 2 Нейтронные источники. 4
 Скачать 6.93 Mb.
|
65 Модель с обратной связью по мощности реактораЕсли известен коэффициент реактивности по мощности реактора αW, уравнения динамики с обратной связью по мощности можно сформулировать следующим образом:  где W0– исходное значение мощности. Если αW <0, то любое малое отклонение мощности от исходного значения W0 будет приводить к появлению реактивности со знаком, обратным знаку отклонения мощности, стремящейся вернуть систему к ее исходному стационарному состоянию. Скачкообразный ввод реактивности ρ0>0, при наличии отрицательной обратной связи по мощности, рано или поздно переведет систему в новое стационарное состояние с мощностью W1, соответствующей условию: При наличии положительной обратной связи система будет неустойчива, и при любом малом исходном возмущении будет удаляться от исходного стационарного состояния. При вводе малой положительной реактивности мощность реактора будет неограниченно возрастать. Сочетание малой отрицательной реактивности с положительной обратной связью по мощности приведет к снижению мощности вплоть до остановки реактора.  При наличии положительной обратной связи система будет неустойчива, и при любом малом исходном возмущении будет удаляться от исходного стационарного состояния. При вводе малой положительной реактивности мощность реактора будет неограниченно возрастать. Сочетание малой отрицательной реактивности с положительной обратной связью по мощности приведет к снижению мощности вплоть до остановки реактора. Серьезный недостаток модели с обратной связью по мощности состоит в том, что в ней отсутствует запаздывание между изменением мощности и изменением реактивности. Вследствие этого модель с такой обратной связью может быть использована для анализа достаточно медленных процессов, когда временное поведение системы можно представить в виде последовательности квазистационарных состояний. Фактически изменение реактивности, обусловленное той или иной обратной связью, происходит не прямо из-за изменения мощности, а в связи с последующими за изменением мощности изменениями температуры топлива, температуры и плотности замедлителя и теплоносителя и т.д. Эти изменения физических параметров реактора происходят не мгновенно и могут быть описаны соответствующими уравнениями, формирующими в сочетании с базовыми уравнениями кинетики модели динамики в тех или иных приближениях. 66 Динамические процессы при вводе большой положительной реактивностиОдна из экстремальных ситуаций в ядерных реакторах связана с вводом большой положительной реактивности, превышающей долю запаздывающих нейтронов. Причиной таких инцидентов могут быть отказы в системе управления, либо иные нарушения нормального функционирования реактора, приводящие к увеличению реактивности. С точки зрения кинетики без обратных связей такая ситуация приводит к экспоненциальному росту мощности реактора со всеми вытекающими последствиями Наличие отрицательных обратных связей ограничивает рост мощности и энерговыделения в реакторе, выполняя таким образом функцию самозащиты. Положительная обратная связь может усугубить аварийную ситуацию вплоть до катастрофических последствий. Примером реактивностной аварии, завершившейся разрушением реактора, может служить авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году. Вместе с тем, существуют устройства, нормальным режимом работы которых является быстрый ввод большой реактивности с последующим самогашением импульса мощности за счет отрицательных обратных связей – так называемые импульсные реакторы самогасящего действия (ИРСД). Вместе с тем, существуют устройства, нормальным режимом работы которых является быстрый ввод большой реактивности с последующим самогашением импульса мощности за счет отрицательных обратных связей – так называемые импульсные реакторы самогасящего действия (ИРСД). В энергетических реакторах ситуации с неуправляемым ростом мощности, угрожающим целостности активной зоны, должны быть исключены за счет выбора соответствующих проектных решений и регламента эксплуатации. Представление о динамических процессах при больших скачках положительной реактивности, значительно превышающих β, и при наличии обратной связи по температуре топлива может быть получено на базе приведенных выше моделей. Общая особенность динамических процессов такого рода – ослабление роли запаздывающих нейтронов. Наличие отрицательной обратной связи по температуре топлива приводит к снижению реактивности по мере роста мощности. Вторая важная особенность - энергия, накопленная в топливе, не успевает передаваться теплоносителю и практически полностью аккумулируется в топливе. Если пренебречь запаздывающими нейтронами, передачей энергии теплоносителю и исходной мощностью реактора, можно построить упрощенную модель динамического процесса, носящую название модели Нордгейма–Фукса:   Следует обратить внимание на следующие три обстоятельства, связанные с моделированием динамических процессов и анализом безопасности на основе представленных моделей. Во-первых, во всех моделях фигурирует не максимальная температура топлива, предопределяющая условия его работоспособности и неразрушения, а средняя температура, реализующая обратные связи в реакторе. Во-вторых, в описанные выше модели не заложены механизмы плавления, разрушения топлива. Поэтому в расчетных оценках могут возникать ситуации, когда температура топлива превышает температуру плавления. Естественно, в таких случаях следует принимать расчетные данные как чисто качественные, а область использования моделей ограничивать, исходя из реальных физических свойств материалов. В-третьих, определенную погрешность в расчетные оценки может вносить использование неизменных коэффициентов реактивности в широком диапазоне изменения физических параметров, в данном конкретном случае – температуры топлива. На самом деле коэффициенты реактивности могут быть сами функцией температуры топлива. В частности, разрушение топлива в экстремальных условиях может играть роль механизма обратной связи, ограничивающей рост мощности и энерговыделения в реакторе. |