При эксплуатации АЭС с реакторами ВВЭР контроль за распределением энерговыделения и определение коэффициентов неравномерности в активной зоне реактора необходимы для вычисления тепловой мощности, которую можно снять с активной зоны; для выявления резервов, позволяющих увеличить мощность ядерной энергетической установки. Активная зона реактора ВВЭР-440 состоит из топливных кассет трех обогащений (1,6; 2,4 и 3,6%), создающих зонно-пятнистую структуру. Кассеты образуют несколько групп, распределенных равномерно по активной зоне. Исходя из этой особенности и осуществляется принцип измерения коэффициентов неравномерности энерговыделения.
Контроль за распределением тепловой мощности по объему активной зоны реактора проводится по штатным приборам и заключается в измерении температуры теплоносителя на входе и выходе из реактора и на выходе из нескольких кассет (3—11) каждой группы. Кроме того, можно периодически измерять распределение плотности потока нейтронов по высоте активной зоны в 12 равномерно распределенных по активной зоне сухих каналах, расположенных по оси топливных кассет с различным обогащением топлива.
По измеренным температурам определяется энтальпия теплоносителя на входе и выходе реактора и на выходе части топливных кассет, различающихся обогащением топлива, расположением в активной зоне и окружением. Так как в реакторе ВВЭР-440 не предусмотрен покассетный контроль за температурой теплоносителя на входе, а также за расходом, считается, что температура на входе всех кассет одинакова и равна температуре на входе в реактор, т. е. энтальпия теплоносителя на входе в реактор и в кассеты одинакова. Неравномерность распределения температуры теплоносителя на входе в кассеты можно учесть по расчетной зависимости.
Поскольку температура теплоносителя измеряется на выходе нескольких кассет одной группы, определяется средняя энтальпия теплоносителя для данной группы топливных кассет:
где mk — число кассет k-й группы, на выходе которых измеряется температура теплоносителя; i —измеренная энтальпия теплоносителя. Группы кассет распределяются по активной зоне равномерно, количество их известно, поэтому можно определить полную и среднюю по активной зоне энтальпию теплоносителя на выходе из кассет, если измерение температуры проведено по всем группам кассет:
где Мк — число кассет k-й группы в активной зоне реактора, включая поднятые кассеты АРК; п — число групп симметрично расположенных топливных кассет, включая поднятые кассеты АРК;— полное число кассет.
Коэффициент неравномерности энерговыделения определяется как отношение тепловой мощности, выделяемой в топливной кассете, к средней по зоне тепловой мощности топливной кассеты. Тепловая мощность k-й кассеты
а тепловая мощность реактора
где— массовые расходы теплоносителя по k-й кассете и по всему объему реактора; i-вых и i-вx —энтальпия теплоносителя на выходе и входе k-й кассеты; iвх — средняя по активной зоне энтальпия теплоносителя на входе в кассету. В реакторе ВВЭР-440 не ведется покассетный контроль за расходом теплоносителя, поэтому считают, что расход по кассетам равномерен кроме того принимают, что
Тогда для коэффициента неравномерности энерговыделения получается
Этот коэффициент характеризует распределение энерговыделения по активной зоне.
Если при измерении температуры теплоносителя на выходе из кассет охватываются не все группы кассет, то при усреднении по активной зоне энтальпии теплоносителя на выходе из кассет и определении Kq можно воспользоваться расчетным распределением энерговыделения. В этом случае
где— расчетные значения коэффициентов неравномерности энерговыделения для кассет, в которых определяется энтальпия и температура теплоносителя на выходе.
Таким образом определяют распределение тепловой мощности по кассетам активной зоны. Более точное распределение энерговыделения можно получить в том случае, если температура теплоносителя измеряется на выходе всех кассет активной зоны. Такой покассетный контроль предполагается осуществить на реакторе ВВЭР-1000.