 |
Эффект реактивности от выгорания топлива и накопления продуктов деления (в т.ч. нептуниевый эффект).
|
|
|
|
При работе реактора на мощности происходит изменение изотопного состава топливной композиции и накопление продуктов деления. В спектре активной зоны реактора на быстрых нейтронах среди продуктов деления нет элементов с очень высокими сечениями поглощения, поэтому здесь имеет место «зашлаковывание» реактора, но полностью отсутствуют стационарное и нестационарное «отравления», свойственные реакторам на тепловых нейтронах.
Значение коэффициента реактивности от выгорания топлива aNt для конкретного реактора существенным образом зависит от вида топливной композиции, поступающей на загрузку, и от изотопного состава тяжелых ядер. Для современных реакторов на быстрых нейтронах с окисным топливом (к которым относится БН‑600) при всех топливных режимах эффект от выгорания топлива отрицателен, т.е. aNt<0. Здесь мы говорим, что этот эффект отрицателен, имея ввиду его суммарное значение. Поскольку в процессе работы реактора идёт постоянный процесс наработки одних изотопов и выгорания других изотопов, т.е. с введением положительной и отрицательной реактивности. Однако результирующий эффект реактивности от этих конкурирующих процессов – отрицателен. Наибольшая потеря реактивности получается в режиме конвертера типа 5 ® 9 (т.е. когда выгорает 235U, а нарабатывается 239Pu), наименьшая - в режиме размножителя с потреблением плутония, содержащего большое количество высших изотопов.
Для реактора БН‑600 эффект реактивности от выгорания топлива рассчитан для микрокампании из 165 эффективных суток:
расчётная величина изменения реактивности:- 2,5×10-2 dk/k;
поправка на неравномерность выгорания:- 0,2×10-2 dk/k;
нептуниевый эффект реактивности:- 0,095×10-2 dk/k
|
|
|
Таким образом, суммарный эффект от выгорания топлива составляет: ‑ 2,8×10-2 dk/k или 4b. При пересчёте на изменение реактивности для 1 Мвт в сутки получим: - 0,12×10-6 
.
Коэффициент изменения реактивности от выгорания топлива aNt также следует называть асимптотическим, поскольку он реализуется при достаточно продолжительной работе реактора на постоянной мощности. При резком изменении мощности следует ввести поправку на «нептуниевый» эффект реактивности. Он связан с тем, что (об этом ранее уже говорилось) промежуточный изотоп 239Np, образующийся в процессе превращения ядра 239U в ядро 239Pu, имеет сравнительно большой период полураспада (2,3 дня).
При снижении мощности реактора скорость образования плутония в первый момент остается прежней, в то время как скорость его выгорания уменьшается, в результате фактический коэффициент изменения реактивности будет в течение какого-то периода меньше асимптотического. При резком увеличении мощности процесс носит обратный характер (рис. 5).
Рисунок 5:Нептуниевый эффект реактивности (коэффициент изменения реактивности с выгоранием топлива).
Проявление нептуниевого эффекта реактивности особенно наглядно демонстрируется после снижения мощности и стабилизации мощности на уровне ~ 0.1 %. В этом случае перемещение рабочих органов РС за счет выгорания топлива не наблюдается, так как происходит ввод положительной реактивности за счет проявления нептуниевого эффекта реактивности.
Водородный эффект реактивности. Одним из самых эффективных замедлителей нейтронов является водород. Интерес к водородному эффекту реактивности связан с возможностью заброса масла из системы смазки подшипников ГЦН-1 в натрий первого контура (поскольку разложение масла в реакторе приводит к образованию водорода). При обосновании безопасности эксплуатации был проведён анализ количества масла, которое может поступить в активную зону реактора при нарушении в системе маслоснабжения ГЦН-1.
|
|
|
Конструкция уплотнения вала по газу (УВГ) ГЦН-1 исключает попадание масла из системы верхнего подшипникового узла (ВПУ) в натрий первого контура, поэтому в качестве причины попадания масла в первый контур в обосновании безопасности рассматривается ситуация: неисправность УВГ при проведении подпитки его маслом. Эта ситуация оценена как наиболее опасная. При этом объём масла, поступившего в натрий первого контура, оценивается следующим образом:
где:
VЗБ – объём заправочного бака;
VСтУ – объём стояночного уплотнения;
VКСП – объём камеры случайных протечек.
Такое количество масла приведёт к вводу положительной реактивности, равной 0,05 %Dk/k или 0,0005 Dk/k или 0,07 b.
Данная реактивность соответствует примерно 100 мм стержня РС, перемещение которого свидетельствует об аномальном поведении реактора. Кроме того, от появления масла в натрии 1 контура может произойти зашлаковывание теплопередающих поверхностей твэла. Это происходит потому, что уже при температуре 2300С масло взаимодействует с натрием с появлением в защитном газе золей метана и этана, а на поверхности натрия – асфальто-смолянистых веществ.
Итоговая часть.
Контрольные вопросы.
