Стартовая >> Архив >> Генерация >> Кинетика и регулирование ядерных реакторов

Режимы перегрузок ядерного топлива - Кинетика и регулирование ядерных реакторов

Оглавление
Кинетика и регулирование ядерных реакторов
Физические основы регулирования
Ядерное топливо и воспроизводящие материалы
Цепная реакция деления
Энергия деления
Кинетика ядерного реактора
Кинетика реактора при линейном изменении реактивности
Изменение изотопного состава топлива и температурный эффект
Температурный коэффициент реактивности
Факторы, вызывающие изменение реактивности
Саморегулирование ядерных реакторов
Режимы перегрузок ядерного топлива
Реальные способы перегрузки ядерного топлива
Перегрузка топлива в реакторах на быстрых нейтронах
Расчет органов регулирования
Материалы и форма поглощающих стержней
Жидкостное борное регулирование
Регулирование отражателем
Компенсация реактивности выгорающими поглотителями
Система управления и защиты ядерных реакторов
Органы управления и защиты канальных реакторов
Органы компенсации реактивности реакторов на быстрых нейтронах
Тепловыделение в поглощающих стержнях
Контроль за положением стержней управления и защиты
Калибровка поглощающих стержней
Реакторные измерения
Эффекты реактивности при выводе реактора на рабочую мощность
Безопасность работы ядерных реакторов
Моделирование нестационарных процессов
Исследование моделей динамики реактора на ЭВМ

Глава 4
РЕЖИМЫ ПЕРЕГРУЗОК ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Особенность ядерного реактора заключается в том, что он может работать только при наличии строго определенного количества топлива в активной зоне. Для поддерживания цепной реакции деления в стационарном режиме в нем должно находиться такое количество топлива, которое соответствует строго критической массе. При избытке топлива сверх критической массы реактор пойдет в разгон, а при недостатке цепная реакция будут затухать и энерговыделение прекратится. В процессе работы реактора топливо выгорает, накапливаются продукты деления, являющиеся вредными поглотителями нейтронов, состав активной зоны непрерывно изменяется, нарушается баланс нейтронов, меняется критичность аппарата. Таким образом, для поддержания критической массы необходимо либо вести непрерывную замену выгоревшего топлива свежим, либо вначале загружать в реактор избыток ядерного топлива, а действие этого избытка компенсировать введением в активную зону поглотителей нейтронов (компенсирующих органов).
В гетерогенных реакторах непрерывная перегрузка топлива практически невозможна. В них обычно ведется периодическая (частичная) перегрузка с той или иной частотой, зависящей от типа реактора, трудоемкости операций по перегрузке и других факторов. При этом за период работы реактора от одной частичной перегрузки до другой может выгорать только избыток топлива над критической массой.
Весьма важной характеристикой ядерного реактора является глубина выгорания топлива. С точки зрения экономики желательно иметь максимально возможную глубину выгорания. Однако существует множество ограничивающих факторов. В гетерогенных реакторах к ним относится прежде всего работоспособность (стойкость) тепловыделяющих элементов, связанная как с накоплением продуктов деления, так и с общей продолжительностью работы твэлов в реакторе. Накопление продуктов деления приводит к неблагоприятному изменению свойств тепловыделяющего элемента — к распуханию, растрескиванию и др. Накопление газообразных продуктов деления повышает давление внутри герметичной оболочки. Тепловыделяющие элементы подвергаются знакопеременным тепловым нагрузкам, большим радиационным облучениям, что ограничивает их общую продолжительность работы. При периодической перегрузке глубина выгорания ограничивается также возможностью компенсации избытка топлива над критической массой после очередной частичной (или полной) перегрузки.
Второй важной характеристикой является формирование профиля энерговыделения по объему активной зоны реактора. В процессе работы он может меняться в связи с перераспределением плотности потока нейтронов в соответствии с изменением изотопного состава. В энергетических реакторах желательно иметь равномерное энерговыделение. Это при всех прочих равных условиях повышает единичную мощность аппарата, а топливо выгорает равномерно по всему объему.

Выбор того или иного способа перегрузки ядерного топлива оказывает влияние на все указанные характеристики, т. е. на глубину выгорания, формирование профиля энерговыделения, а также на необходимое количество органов, компенсирующих избыток топлива над критической массой.
Если реактор загрузить топливом одного обогащения и ограничиться одной перегрузкой за кампанию, то очевидно, что профиль энерговыделения в начале кампании будет иметь максимальную неравномерность. В центре активной зоны из-за более высокой плотности потока нейтронов топливо будет выгорать интенсивней, а на периферии медленней. Естественно, что это приведет в процессе работы к перераспределению плотности потока нейтронов и к концу кампании профиль энерговыделения заметно выровняется. Однако на периферии топливо выгорит значительно меньше, чем топливо, расположенное в центре и вблизи него. При этом весь избыток топлива, определяющий глубину выгорания, в начале кампании должен быть скомпенсирован введением поглотителей.
Очевидно, что слабо выгоревшее периферийное топливо целесообразно вновь использовать в реакторе. Это приводит к периодической перегрузке, при которой за кампанию реактора производится несколько частичных перегрузок. В этом случае при каждой частичной перегрузке выгружается только топливо, достигшее предельной глубины выгорания, а слабо выгоревшее остается в реакторе для «дожигания». Последнее в целях выравнивания поля энерговыделения и глубины выгорания можно перемещать в активной зоне по тому или иному закону. Чем больше частичных перегрузок за кампанию, тем меньше требуется поглощающих органов, так как они компенсируют избыток топлива только в период между двумя последовательными частичными перегрузками. В пределе при непрерывной перегрузке они становятся совсем ненужными.
Аналитический расчет глубины выгорания и формирования профиля энерговыделения при частичных перегрузках практически невозможен, используются численные методы с тем или иным приближением. Аналитическое решение можно провести только для некоторых идеальных случаев при непрерывной перегрузке топлива и непрерывном перемешивании его или движении по тому или иному закону. Хотя реально эти режимы, как правило, практически неосуществимы, проведение такого анализа весьма полезно. Он позволяет выбрать наиболее подходящий реальный режим перегрузки, приблизительно воспроизводящий тот или иной идеальный режим.

НЕПРЕРЫВНАЯ ПЕРЕГРУЗКА ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

При непрерывной перегрузке компенсирующие органы полностью отсутствуют, так как критическая масса поддерживается непрерывной заменой выгоревшего топлива свежим. При этом глубина выгорания определяется скоростью непрерывной перегрузки. Чем меньше скорость перегрузки, тем больше глубина выгорания. И наоборот, чем больше скорость непрерывной перегрузки, тем меньше глубина выгорания. В пределе при бесконечно большой скорости перегрузки топливо проходит «транзитом» через реактор и практически не выгорает. Очевидно, что это крайне невыгодный режим перегрузки, так как требует бесконечно большого запаса ядерного топлива.
Рассмотрим некоторые характерные режимы, которые могут быть приблизительно воспроизведены в реальных аппаратах, и сопоставим их между собой но глубине выгорания и профилю энерговыделений.



 
« Исследования трубопроводов питательной воды энергоблоков 160-800МВт   Комплекс для электрической части системы регулирования и защит паровых турбин »
электрические сети