А. А. БАЛЫГИН, А. В. КРАЮШКИН
РНЦ «Курчатовский институт»
РАСЧЕТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕДУР ИЗМЕРЕНИЯ
КОЭФФИЦИЕНТОВ РЕАКТИВНОСТИ В РБМК
С помощью нестационарной программы STEPAN/KOBRA проведено моделирование процедур измерения парового и быстрого мощностного коэффициентов реактивности. Определена погрешность в измеряемых величинах, связанная с расположением нейтронных датчиков, служащих для измерения изменений мощности и реактивности и погрешность, вызываемая влиянием медленных обратных свяей по температуре графита и концентрации ксенона.
В докладе приведены результаты численного моделирования экспериментов по измерению aj и aw, проведенного по программе STEPAN/KOBRA /1/. В настоящее время изменение мощности реактора при измерении коэффициентов реактивности aj и aw оценивается по суммарному сигналу внутризонных датчиков. Изменение реактивности в процессе эксперимента оценивается по показаниям 4 датчиков БИК, расположенных вне активной зоны в кольцевом водяном баке биологической защиты. На рис 1 представлена временная зависимость изменения реактивности при измерении aw.
Рис. 1. Зависимость реактивности от времени при измерении aw
а 1 блоке КАЭС 24 января 2004 года
Максимальное отклонение реактивности, измеренное внутризонными датчиками (rаз) и 4 датчиками БИК (rбик), равно, соответственно, -2.27×10-2b и –1.93×10-2b. Таким образом, измерение реактивности датчиками БИК приводит к занижению абсолютной величины реактивности на 20%. Это приводит к такому же занижению измеренного веса стержней на рабочем участке и абсолютной величины aw.
Для определения роли положительной обратной связи по температуре графита и концентрации ксенона в таком эксперименте были проведены специальные расчеты с учетом изменения температуры графита и концентрации ксенона (вариант 1) и без учета (вариант 2). Расчетные временные зависимости тепловой мощности реактора представлены на рис 2.
Рис. 2. Изменение мощности при измерении aw
на 1 блоке КАЭС 24 января 2004 года
Только во втором варианте тепловая мощность реактора стабилизируется на другом уровне. В первом варианте в результате действия медленной положительной связи мощность реактора после достижения локального максимума снова начинает монотонно снижаться. Во втором варианте мощность стабилизируется на новом уровне после затухающих колебаний. Эти колебания вызваны тем, что тепловая мощность, выделяемая в топливе, следует не мгновенно за изменением нейтронной мощности, а с запаздыванием (характерное время запаздывания около 12 секунд). Поэтому реактивность, выделяемая за счет действия быстрого мощностного коэффициента реактивности, также запаздывает.
Быстрый мощностной коэффициент реактивности определяется по формуле
 |
DW = Wуст – W0,
где W0 – начальная мощность реактора, а Wуст – установившаяся мощность реактора после окончания переходного процесса. В эксперименте в качестве Wуст берется мощность в локальном максимуме (через 15¸20 с после начала погружения стержней). Однако видно, что во втором варианте после достижения локального максимума мощность реактора снова снижается примерно на величину 20¸25 МВт и стабилизируется на другом уровне. А ведь именно эту установившуюся величину надо было бы взять в качестве DW. Реальное DW выше по абсолютной величине, чем DW, взятое в области локального максимума примерно на 15 %. Стабилизация мощности в варианте 3 достигается через 100¸200 с после начала эксперимента. К этому моменту времени влияние положительной обратной связи, связанной с изменением температуры графита и концентрации ксенона сильно настолько, что стабилизация уровня мощности не достигается. Таким образом, в эксперименте невозможно получить корректную величину DW.
При экспериментальном определении парового коэффициента реактивности (aj) реактивность, внесенная в результате изменения расхода питательной воды, рассчитывается по формуле:
rпв=-rар×Dh-aw×DW,
где rар – вес регулирующих стержней на рабочем участке; Dh – изменение суммарной глубины погружения регулирующих стержней; aw – быстрый мощностной коэффициент реактивности; DW – изменение мощности реактора.
Для расчета используются величины rар и aw, полученные в эксперименте по определению aw и величины Dh и DW, полученные в эксперименте по определению aj. При этом следует учитывать, что величина aw определяется достаточно точно, так как погрешности в определении Drбик и DW компенсируют друг друга, а величина rар недооценивается примерно на 20%. В таблице 1 представлены исходные данные для расчета величины aj для двух вариантов.
1. В расчете величин aw и rар использовалась реактивность, измеренная датчиками БИК. Изменение мощности DW в эксперименте по измерению aw рассчитывалось с учетом влияния изменения температуры графита и концентрации ксенона (вариант 1 на рис. 2).
2. В расчете величин aw и rар использовалась реактивность, измеренная внутризонными датчиками. Изменение мощности DW в эксперименте по измерению aw рассчитывалось без учета влияния изменения температуры графита и концентрации ксенона (вариант 2 на рис. 2).
Таблица 1
Исходные данные и результаты расчета aj
aw×DW | Drар | -Dr | Dj | aj | |
Размерность | bэфф×10-2 | bэфф×10-2 | bэфф×10-2 | bэфф×10-2 | bэфф×10-2 |
Вариант 1 | 0.18 | 0.82 | -1.00 | -1.14 | 0.88 |
Вариант 2 | 0.17 | 0.94 | -1.11 | -1.14 | 0.97 |
Видно, что расчет aj в 1 и 2 вариантах достаточно близки.
Выводы
1. При измерении реактивности датчиками БИК величина введенной стержнями отрицательной реактивности при измерении aw недооценивается примерно на 20 %.
2. В качестве DW в эксперименте берется разность между тепловой мощностью в локальном максимуме и начальной мощностью, в то время как необходимо брать разность между установившейся мощностью (Wуст) и начальной мощностью. Это приводит к завышению абсолютной величины aw примерно на 20 %.
3. В результате взаимной компенсации ошибок в определении Dr и DW в эксперименте по определению aw, величины быстрого мощностного и парового коэффициентов реактивности определяются в эксперименте достаточно точно.
Список литературы.
1. Верификационный отчет. Программа STEPAN/KOBRA для анализа аварий в РБМК. Часть 1. Описание программы STEPAN/KOBRA РНЦ «КИ». Отчет инв. №33-02/29 2002 г.
