Кинетика и регулирование ядерных реакторов - Эффекты реактивности при выводе реактора на рабочую мощность

При пуске реактора (выводе его из подкритического в критическое состояние), а также на значительном интервале разгона реактор работает практически на нулевой мощности и эффекты реактивности (температурный, мощностной и др.) не проявляются. На этом интервале изменение реактивности обусловлено исключительно перемещением поглощающих стержней. При выводе реактора на энергетический поддиапазон начинают сказываться эффекты реактивности. В первую очередь проявляет себя температурный эффект. Так, если в предыдущем поддиапазоне разгон реактора идет при ∆k =const<β, то при выходе в энергетический поддиапазон начинает возрастать температура материалов активной зоны. При отрицательном температурном коэффициенте реактивности, как это имеет место во всех ядерных реакторах, ∆k начнет уменьшаться и в конечном итоге станет равным нулю. При необходимости дальнейшего повышения мощности необходимо вновь задать избыточную реактивность путем частичного извлечения поглощающих стержней, и процесс уменьшения ∆k за счет температурного эффекта повторится. Итак, извлечение поглощающих стержней будет производиться до полной компенсации температурного эффекта при выводе реактора из холодного в горячее состояние, соответствующее заданному уровню мощности. Так, в водо-водяных реакторах при выводе из холодного в горячее состояние при среднем температурном коэффициенте — (2-4)10∆k/°C реактивность уменьшается на 6—12 %, что практически соответствует суммарной эффективности компенсирующих стержней. Это означает, как уже отмечалось ранее, что при выводе реакторов этого типа на рабочий уровень мощности механическая система компенсации реактивности (за исключением стержней регулирования) полностью извлекается из активной зоны, а медленные изменения реактивности, связанные с выгоранием топлива, компенсируются раствором борной кислоты в воде.
В графитовых реакторах со средним температурным коэффициентом (0,3-5-0,6) 10-4 ∆k/°C при выводе реактора из холодного в горячее состояние реактивность уменьшается на 0,2—0,4 %, что ниже суммарной эффективности поглощающих стержней. В этих реакторах все эффекты реактивности, включая и медленные, компенсируются подвижными поглощающими стержнями.
При работе реакторов в переменных режимах на уровне рабочих мощностей изменения реактивности обусловлены в основном доплер-эффектом, так как заметно изменяется только температура топлива. В реакторах на тепловых нейтронах доплер-эффект, в которых он только и проявляется, отрицательный. Таким образом, при увеличении нагрузки, вызванной заданием положительной реактивности путем соответствующего извлечения регулирующего- стержня, мощность будет возрастать только до тех пор, пока избыточная реактивность не будет скомпенсирована доплер-эффектом. В этом проявляется саморегулирование реакторов, обладающих отрицательными значениями указанных эффектов реактивности. В кипящих водо-водяных реакторах к тому же эффекту приводит отрицательный паровой коэффициент реактивности. То же самое происходит и при частичном сбросе нагрузки. Уменьшение мощности, вызванное заданием отрицательной реактивности, будет идти только до тех пор, пока заданная отрицательная реактивность не будет скомпенсирована, например, доплер-эффектом.
При выключении же реактора помимо задания отрицательной реактивности, необходимой для прекращения цепной реакции деления, по мере расхолаживания реактора в активную зону следует вводить дополнительно поглотители для компенсации температурного эффекта.