Основы теории ядерных реакторов (стр. 90 )

Интерференция физически объясняется тем, что каждый их вводимых в активную зону поглотителей по-своему изменяет нейтронное поле в ней.

Рассмотрим наиболее простой случай интерференции двух стержней – стержня I, имеющего при введении в активную зону в одиночку физический вес r1, и стержня II, имеющего физический вес r2. Подчеркнём: эти значения физического веса имеют место только тогда, когда каждый из стержней вводится в активную зону одиночным порядком, когда в ней нет другого стержня. Если же ввести в активную зону оба стержня (порознь или одновременно), то в общем случае оказывается, что общее изменение реактивности реактора не составит величину r1 + r2, а будет большим или меньшим этого значения в зависимости от того, где в активной зоне расположены эти стержни.

Допустим для примера, что стержень I – центральный, а стержень II – отстоит от оси симметрии активной зоны на некотором расстоянии r, а без введённых стержней радиальное распределение плотности потока тепловых нейтронов Ф(r) имеет идеальный (бесселевский) характер.

После введения стержня I это распределение изменится и будет иметь качественный вид, показанный на рис.21.9 жирной линией, и это распределение для второго стержня перед его введением будет невозмущённым.

 

I II

Ф(r) без стержней в а. з. Ф(r) с введённым в а. з. I стержнем

Рис.21.9. К пояснению понятия интерференции на примере двух стержней-поглотителей

Следовательно, при введении в активную зону стержень II теперь будет попадать в область, где среднее значение плотности потока тепловых нейтронов будет равно не Фr0 (которое было до введения стержня I), а Фr1 (которое установилось после введения стержня I), и в соответствии с уже известным правилом теории возмущений величина физического веса стержня II в данном примере увеличится в Фr12/ Фr02 раз.

Если поступить наоборот, то есть ввести в активную зону вначале стержень II, то его введение приведёт к изменению средней величины плотности потока тепловых нейтронов в области введения стержня I, и это новое значение Ф будет перед введением стержня I невозмущённым для него, так как теория возмущении всегда подразумевает под невозмущённым значением Ф ту его величину, которая была перед введением конкретного стержня в активную зону. Таким образом получается, что одновременное или последовательной введение в активную зону двух стержней хотя и даёт общий эффект воздействия на реактор rI+II, независимый от одновременности или последовательности введения стержней, но этот эффект практически всегда отличается от суммы физических весов этих стержней, получаемых при самостоятельном введении их в активную зону.

В больших реакторах энергоблоков АЭС стержни-поглотители поодиночке не используются, а применяются группами, состоящими из нескольких стержней, смонтированных на общей подвеске и поэтому перемещаемых синхронно с помощью автономных для каждой группы сервоприводов. Стержни, составляющие группу стараются располагать более или менее симметрично относительно оси активной зоны для того, чтобы перемещение группы по высоте активной зоны не давало заметных перекосов нейтронного поля.

Распространяя приведенные выше рассуждения на группу из m стержней-поглотителей, можно сказать, что физический вес этой группы как правило отличается в ту или иную сторону от суммы индивидуальных физических весов этих стержней:

.

Величина отношения физического веса группы стержней-поглотителей к сумме их индивидуальных физических весов называется коэффициентом интерференции:

. (21.10.1)

Если С > 1 (то есть физический вес группы больше суммы физических весов составляющих группу стержней), интерференция считается положительной, а если же С < 1 – отрицательной.

Конечно, подбором положения составляющих группу стержней принципиально возможно добиться нужного эффекта интерференции, хотя это и представляет достаточно сложную задачу. Но это – проблема конструкторская, а не задача для практика-эксплуатационника. Практику же следует знать природу интерференции поглотителей и понимать, почему физический вес одной и той же группы стержней управления реактором может быть существенно различным, если он измеряется в различных условиях, когда в активной зоне реактора могут присутствовать различные количества других поглотителей: это – результат интерференции стержней. Поэтому когда говорится о физическом весе стержней той или иной группы, всегда нелишне указать, в каких условиях он определялся.

Интерференция подвижных поглотителей, если их много в реакторе, может изменять не только величины физических весов отдельных их групп, но, как следствие этого, изменяет и форму их характеристик (кривых дифференциальной и интегральной эффективности), которыми оператор пользуется для ведения некоторых физических расчётов. Изменчивость этих характеристик (как в процессе кампании, так и в различных режимах работы реактора) побуждает оперативный персонал реакторной установки заниматься регулярными физическими измерениями их в условиях, близких к рабочим.

21.11. Простейшие методы градуировки подвижных поглотителей

Градуировка поглотителя – это экспериментальное получение его физических

характеристик – кривых дифференциальной и интегральной эффективности.

Из простейших методов градуировки подвижных поглотителей известны три: метод разгона, метод компенсации и метод «сброса». Здесь они называются простейшими, поскольку все они не требуют для проведения градуировочных измерений каких-либо сложных средств приборного оснащения.

21.11.1.  Метод разгона. Этот метод является наиболее универсальным методом градуировки, так как он позволяет отградуировать любой стержень-поглотитель (или группу поглотителей) без применения эталонных мер, пригодных для сравнения различных поглотителей по их эффективности (например, в начале кампании, при физическом пуске реактора, когда известны лишь расчётные характеристики групп поглотителей, но нет ни одной достоверно измеренной их характеристики).

Суть метода состоит в том, что любое перемещение поглотителя вверх на произвольном участке DН от Н1 до Н2 приводит к сообщению критическому реактору положительной реактивности (равную изменению интегральной эффективности поглотителя в конечном и начальном положениях Dr = r(Н2) - r(Н1)), которую можно найти по величине измеренного периода удвоения мощности реактора Т2, кратко называемого периодом разгона, из-за чего метод и получил такое название. Вы, разумеется, помните, что период удвоения мощности реактора жёстко связан с величиной сообщённой реактору реактивности решением уравнения «обратных часов», так что, измерив величину периода, всегда можно найти ту величину реактивности, которая вызвала разгон мощности реактора с таким периодом. Период Т2 – это время удвоения величины мощности реактора, и его можно легко измерить с помощью обыкновенного секундомера.

Исходное состояние реактора. Для производства корректных измерений перед началом эксперимента реактор должен быть строго критичен на минимально контролируемом уровне мощности. Это требуется для того, чтобы в процессе эксперимента исключить проявление температурных изменений реактивности реактора, которые неизбежно появились бы при больших изменениях мощности реактора и, тем самым исказили бы результаты измерений реактивности от перемещения градуируемого поглотителя. Градуируемый поглотитель при этом в исходном состоянии находится в крайнем нижнем положении (на НКВ), критичность реактора устанавливается и поддерживается с помощью любого другого подвижного поглотителя.

Последовательность действий. Градуируемый поглотитель перемещается с НКВ в некоторое положение Н1 (на величину DН1 = Н1); при этом реактор становится надкритичным (подъёмом поглотителя ему сообщена положительная реактивность), и его мощность начинает расти; сделав необходимую паузу (25 ¸ 30 с), чтобы дать реактору выйти в режим разгона с установившимся периодом, измеряется период (Т2)1, по величине которого из таблицы или графика решения уравнения «обратных часов» находится значение реактивности r1, вызвавшей разгон реактора с измеренным периодом Т2. Эта величина и является величиной интегральной эффективности градуируемого поглотителя в положении Н1 (ведь именно она явилась результатом перемещения поглотителя от НКВ до положения Н1). Сразу после окончания измерения (Т2)1 градуируемый поглотитель оставляется в положении Н1, а реактор возвращается в исходное критическое состояние на том же (минимально контролируемом) уровне мощности путём введения в активную зону любого другого подвижного поглотителя.

Следующий шаг: поглотитель поднимается из положения Н1 до положения Н2 на некоторую величину DН2 = Н2 – Н1, в результате чего критическому на том же уровне мощности реактору опять сообщается некоторая величина положительной реактивности r2, равная изменению интегральной эффективности при перемещении поглотителя от Н1 до Н2. Реактор начинает увеличивать свою мощность с установившимся периодом (Т2)2 , величина которого, как и в первом случае, может быть легко измерена, и по ней из графика решения уравнения «обратных часов» может быть найдена та величина положительной реактивности r2, которая вызвала разгон мощности реактора с таким периодом. Сразу после измерения периода (Т2)2 реактор с помощью любого другого поглотителя (не градуируемого) возвращается в критическое состояние на исходном минимально контролируемом уровне мощности и стабилизируется на нём.