При проектировании и эксплуатации такой мощной энергетической установки, как реактор ВВЭР, весьма важным становится вопрос о распределении энерговыделения как в целом по активной зоне, так и по топливным кассетам, поскольку именно от формы поля энерговыделения в активной зоне зависит возможность освоения полной проектной мощности реактора. Активная зона реактора ВВЭР неоднородна по составу. Загрузка ее осуществляется топливными кассетами различного обогащения, дополнительно неоднородности возникают при перегрузках топлива вследствие замены кассет. Поэтому энерговыделение измеряется как при исследовании характеристик активных зон реакторов на критических стендах, так и на действующих реакторах ВВЭР.
Всплеск энерговыделения в отдельных твэлах кассет может возникать вследствие локальных возмущений плотности тепловых нейтронов, причиной которых могут быть такие возмущения в активной зоне, как изменение межкассетного зазора, перемещение управляющих кассет и т. п. В реакторах этого типа выгорающий поглотитель может размещаться в чехлах кассет, в поглощающих элементах из сплава бора с цирконием в циркониевой оболочке, которые могут замещать твэлы в кассете, нарушая однородность топливной решетки. Подвижные тонкие кластеры, проектируемые для реакторов ВВЭР-1000, вызывают такой же эффект. В наиболее тяжелых условиях по мощности оказываются угловые твэлы в кассетах. Топливная кассета реактора ВВЭР имеет в центре конструктивно необходимую трубку диаметром, равным диаметру твэла. Замедлитель, находящийся в трубке, вызывает всплеск потока нейтронов в соседних твэлах.
В управляющих кассетах реактора ВВЭР между топливной и поглощающей частями находится переходный участок из стали и воды. В верхних концах твэлов кассеты АРК расположены стальные пробки и воздушный компенсационный объем. Это приводит к увеличению мощности твэлов в их верхней части.
Нужно сказать, что погрешности расчетов при определении коэффициентов неравномерности энерговыделения твэлов в кассете в настоящее время в среднем составляют 10%, а при определении коэффициентов неравномерности мощности кассет — 5%. Экспериментально эти величины могут быть получены с большей точностью (погрешность может быть уменьшена до 2-3%).
Исследование энерговыделения в реакторе ВВЭР можно проводить методом γ-сканирования облученных твэлов, из которых скомпонованы рабочие кассеты, и активационным методом. В первом случае регистрируется γ-активность продуктов деления в облученных твэлах. Устанавливается порог регистрации, соответствующий детектированию лишь γ-квантов продуктов деления, поэтому предполагается, что измеряемая активность пропорциональна энерговыделению в твэле. Вследствие симметрии в загрузке активной зоны распределение энерговыделения достаточно определить в 1/6 части топливных кассет. Распределение энерговыделения характеризуется коэффициентом неравномерности, определяемым как отношение энерговыделения в отдельном твэле (кассете) к среднему по кассете(активной зоне) энерговыделению, т. е. Kq=qi/q, где
п — число твэлов или кассет в секторе симметрии; qi~Ai — активности i-гo твэла. Коэффициент неравномерности энерговыделения по кассете реактора ВВЭР может меняться от 0,85 до 1,15, а по активной зоне реактора — от 0,6 до 1,25 [36]. Вследствие симметрии в загрузке кассет измерения проводятся для 1/6 всего количества твэлов в кассетах. При исследованиях распределения энерговыделения по активной зоне также исследуется сектор симметрии. В местах, где нет твэлов, при внутриреакторных измерениях, существующих на реакторах ВВЭР в настоящее время, измеряются распределения активаций различных детекторов, по которым можно судить о плотности потока нейтронов.
Этими методами исследовали влияний толщины межкассетного зазора на мощность внешнего ряда твэлов в кассете. Оказалось, что изменение зазора в три раза (от 3 до 9 мм) приводит к увеличению коэффициента неравномерности в 1,2 раза. Использование выгорающих поглотителей в кассете дает возможность уменьшить мощность в соседнем с ним твэле. Уменьшение может достигать 25% [37]. Всплеск мощности твэлов, соседних с центральной водяной полостью в кассете, доходит до 9%.
В настоящее время проводятся исследования по профилированию энерговыделения в кассете за счет твэлов различного обогащения.
