Физические исследования ВВЭР - Эксперименты в период пуска реактора

Глава 2
ЭКСПЕРИМЕНТЫ В ПЕРИОД ПУСКА РЕАКТОРА
2.1. Особенности экспериментов на действующих реакторах. Исследование асимметрии свойств активной зоны
Окончательной компоновке активной зоны реактора ВВЭР предшествует большой комплекс расчетных и экспериментальных исследований, которые проводятся на критических сборках, включая эксперименты с полномасштабной активной зоной. Однако эксперименты в лабораторных условиях при нормальных температуре и давлении не дают полного представления об изменении физических характеристик активной зоны в различных эксплуатационных режимах. Такие сведения получают из экспериментов, проводимых в период физического пуска и освоения мощности вновь вводимого в строй реактора, а также после очередных перегрузок топлива. Данные, полученные в результате этих исследований, необходимы для успешной эксплуатации реактора и совершенствования технологических процессов на АЭС, для проверки и корректировки методов расчета нейтронно-физических характеристик активных зон реакторов ВВЭР при работе на мощности. На основании этих исследований выдаются рекомендации эксплуатационному персоналу. Опыт ввода в эксплуатацию АЭС с реакторами ВВЭР дает возможность рекомендовать стандартный набор экспериментов при физическом пуске станции.
В период освоения мощности АЭС исследуется нестационарное отравление реактора ксеноном, измеряется мощностной коэффициент реактивности, связанный с изменением температуры топлива, распределение тепловыделения по активной зоне, а также саморегулирование системы.
Физические эксперименты при пуске крупных АЭС существенно отличаются по условиям их проведения от экспериментов на исследовательских стендах. Эксперименты проводятся по заранее утвержденной программе в сжатый срок, в связи с чем планированию и организации их должно быть уделено большое
внимание. В процессе измерений возможно появление неучитываемых систематических погрешностей. Обычно программой физического пуска предусматривается поэтапное проведение экспериментов. Каждый этап включает в себя измерение определенной серии физических величин при строго заданных условиях [38], предусматриваемых рабочей программой. Она содержит подробное описание технологии и порядка проведения эксперимента, перечень измеряемых величин и диапазон их изменения, указания о состоянии основных систем и мер безопасности. Весьма осторожно нужно подходить к вопросу сокращения времени проведения того или иного измерения, так как это может привести к потерям ценной информации вследствие появления погрешностей, количественно оценить которые бывает невозможно.
Особенности экспериментов на реакторе диктуют особые требования, предъявляемые к исследовательской аппаратуре. В период пуска обычно используются не только штатные приборы АЭС, но и дополнительные высокочувствительные приборы. При измерениях весьма трудно обеспечить стабильность во времени таких величин, как концентрация бора в теплоносителе, температура и давление теплоносителя, поэтому для физических измерений желательно иметь аппаратурный комплекс, позволяющий быстро проводить многодорожечную или многолучевую запись всех измеряемых и необходимых технологических параметров ядерной энергетической установки. Такая аппаратура позволяет оперативно управлять экспериментом с быстрой оценкой достоверности полученных результатов. Нужно отметить, что применение реактиметра ПИР-2 значительно облегчило дальнейшую обработку результатов и сократило время, затрачиваемое на проведение (а не подготовку) экспериментов.
К моменту физического пуска реактора ВВЭР обычно имеется обширная экспериментальная информация, полученная на полномасштабных критических сборках в лабораторных условиях. Результаты этих исследований полностью могут быть использованы для холодного (20—25° С) реактора со свежим топливом. Эксперименты по определению физических характеристик активной зоны проводятся на минимально контролируемом уровне мощности, составляющем 10-5—10-3 % номинального, в динамическом режиме работы реактора, предполагающем периодическую перекомпенсацию реактивности рабочей управляющей группой поглотителей в около критическом состоянии. Из соображений безопасности допустимые отклонения реактивности от нулевого значения не должны превышать — 0,1 βэф.
Вывод реактора в критическое состояние производится снижением концентрации раствора борной кислоты в первом контуре при давлении 12,5 МПа и температуре теплоносителя 100— 120° С. При проведении экспериментов в процессе физического пуска разогрев активной зоны и первого контура за счет энергии ядерной реакции деления недопустим. Это требование необходимо для разделения таких эффектов реактивности, как температурный и мощностной. Разогрев первого контура до температуры 100—120° С осуществляется за счет тепла от главных циркуляционных насосов. Последующий разогрев контура до рабочей температуры (260—280° С) производится также циркуляционными насосами. После вывода реактора на минимально контролируемый уровень мощности проверяется работоспособность органов регулирования и исследуется азимутальная асимметрия размножающих свойств активной зоны.
В некоторых реакторах ВВЭР используются топливные кассеты, содержащие в чехлах выгорающий поглотитель (естественный бор) с массовой концентрацией 0,07%. Технологически трудно обеспечить строго одинаковую концентрацию бора в чехлах, поэтому комплектация активной зоны такими кассетами сопряжена с возможностью нарушения симметрии поглощающих свойств реактора. К аналогичным результатам может привести загрузка зоны кассетами и без бора в чехлах за счет допусков по загрузке ураном, что вызывает асимметрию размножающих свойств активной зоны и приводит к дополнительной неравномерности энерговыделения по радиусу активной зоны.
Симметричность загрузки зоны проверяется поочередным опусканием равномерно расположенных кассет из крайнего верхнего положения до крайнего нижнего с компенсацией вводимой отрицательной реактивности рабочей группой АРК или, если это возможно; одной центральной кассетой. В этом случае исключается влияние асимметрии поглощающих свойств самой управляющей группы.  При обнаружении асимметрии загрузки при 100° С ее влияние на неравномерность энерговыделения должно быть проверено по данным термоконтроля активной зоны.
Этот опыт не выясняет причин асимметрии зоны, так как они неоднозначны. Асимметрия может возникнуть как в результате различия размножающих и поглощающих свойств топливных кассет, окружающих кассету АРК, так и вследствие различия свойств самих кассет АРК. Так как разделить эффекты невозможно, то дополнительный вклад от асимметрии загрузки в коэффициент неравномерности энерговыделения оценивается как pi/p, где pi — эффективность ί-й кассеты АРК; р — среднее арифметическое значение эффективности кассет данной группы. Результаты представляются в виде зависимости от угла расположения кассеты АРК в активной зоне (азимутальная зависимость).