Для реакторов ВВЭР представляет интерес выделить мощностной эффект реактивности из температурного, так как определяемые при расчетах изменения реактивности при изменении температуры топлива имеют сравнительно большую неопределенность. Мощностной эффект в значительной степени определяет запас реактивности на выгорание топлива. Если сохраняются постоянными температура первого контура, давление и концентрация борной кислоты, то мощностной коэффициент реактивности dp/dN есть изменение реактивности на единицу мощности или на 1 % номинальной мощности. Мощностной коэффициент реактивности в реакторах ВВЭР определяется в основном разогревом топлива, в результате которого изменяется плотность и размеры активной зоны. При исследовании мощностного коэффициента учитываются в основном мгновенные температурные эффекты.
В период физического пуска реактора мощностной коэффициент реактивности может измеряться в пределах изменения тепловой мощности от 0,01 до 0,1% номинальной. Изменяется скачком реактивность до +0,1 βэф и регистрируется ее изменение во времени до достижения тепловой мощности в 1%. Одновременно регистрируется изменение средней температуры теплоносителя. Измеренное изменение реактивности обусловлено мощностным и температурным эффектами, т. е.
При определении мощностного коэффициента реактивности используется полученное в «температурных» опытах для соответствующих температуры, концентрации и положения управляющих групп кассет значение температурного коэффициент реактивности.
После окончания физического пуска реактора начинается период освоения мощности, когда исследуется поведение реактора в условиях разогрева топлива до более высоких температур, чем при физическом пуске, и отравления реактора ксеноном и самарием — продуктами деления ядер топлива. Кроме того, режим работы реактора зависит от параметров второго контура и режима выработки электроэнергии.
Мощностной коэффициент реактивности измеряется при быстром переходе тепловой мощности реактора с одного уровня на другой со стабилизацией параметров первого контура до и после изменения мощности. Рассматривается уравнение баланса реактивности для нового стационарного состояния реактора с изменившимися температурой топлива и теплоносителя и давлением:
(2.10)
где ΔΝ, ΔТΒΧ, Δρ — соответственно изменения мощности, температуры теплоносителя на входе в реактор и давления в реакторе; Δραρκ и Δротр — изменения реактивности вследствие перемещения регулирующих кассет АРК и отравления реактора продуктами деления за время переходного процесса. При проведении эксперимента поддерживается постоянная критическая концентрация борной кислоты, поэтому ΔС= 0. Кроме того, эксперимент ставится так, чтобы Δρотр=θ, т. е. переходные процессы должны быть кратковременными, мощность и температура теплоносителя достигать своего стационарного уровня за 3—4 мин. Если время стабилизации больше (~15 мин и более), то вводится поправка с использованием коэффициента нестационарного отравления ксеноном (см. п. 2.6).
Для определения входящих в выражение (2.10) неизвестных проводятся эксперименты с различным воздействием на мощность реактора и каждый раз составляется уравнение баланса реактивности. Неизвестное значение мощностного коэффициента определяется из решения системы уравнений вида (2.10). Так, плавно изменяя нагрузку на турбогенератор при неизменном давлении в паровом коллекторе и положении компенсирующих кассет в активной зоне, определяют мощностной и температурный коэффициенты реактивности при быстрых переходных процессах из соотношений
(2.11)
Повторяя опыт несколько раз при разных ΔΝ и ΔТВХ, получают систему уравнений для определения искомых величин.
Кроме того [41], можно осуществить ступенчатое изменение электрической нагрузки, не изменяя положения органов регулирования. Из выражения (2.11) после стабилизации параметров реакторной установки определяется соотношение между температурным и мощностным коэффициентами реактивности. Проводят также ступенчатое изменение электрической нагрузки, сопровождающееся введением положительной реактивности, а затем и отрицательной реактивности. Изменяя расход теплоносителя через активную зону при неизменном положении органов регулирования, по достижении стационарного состояния составляют уравнения вида (2.10), повторяя измерения на разных уровнях мощности. Изменяют реактивность реактора на (0,1— 0,2) βэф, перемещая рабочую группу компенсирующих кассет при постоянной электрической нагрузке. Меняя перемещение поглотителей при известной дифференциальной эффективности АРК, составляют систему уравнений (2.10).
При физическом пуске реактора температурный коэффициент реактивности измеряется при температуре 260° С, тогда как средняя рабочая температура в реакторе ВВЭР равна 285° С. Поэтому параллельно с мощностным измеряется температурный коэффициент реактивности. Если количество независимых уравнений достаточно, можно определить и барометрический коэффициент реактивности, тем более что он сильно меняется при температуре 260—280° С. Но поскольку его значение мало, то можно ввести как поправочный коэффициент и ограничить число независимых уравнений. Правда, для повышения точности результатов количество уравнений нужно увеличивать. Поэтому необходимо выбрать оптимальное число уравнений исходя из возможностей проведения экспериментов на действующем реакторе и необходимой точности.
На реакторах ВВЭР получены мощностные коэффициенты 3-10-4 и 1,5·10-4 1/%. Температурные коэффициенты соответственно равны—1,3· 10-5 ° С-1 и—0,9· 10-5 °C-1. Эти значения близки к полученным при исследованиях в период физического пуска.
