В водо-водяных реакторах без кипения широкое применение получило так называемое жидкостное борное регулирование. Суть его заключается в том, что в циркулирующую в первом контуре воду, которая, проходя через активную зону реактора, выполняет одновременно роль теплоносителя и замедлителя, добавляется определенное количество борной кислоты. Концентрация ее зависит от времени и определяется темпом и глубиной выгорания топлива в период между частичными перегрузками. После очередной частичной перегрузки концентрация борной кислоты максимальна и рассчитана на компенсацию реактивности, обусловленную избытком топлива над критической массой. К началу же очередной частичной перегрузки борная кислота полностью выводится из циркулирующей воды и концентрация ее становится равной нулю.
Достоинством жидкостного борного регулирования является то, что введение борной кислоты не искажает поля плотности потока нейтронов в активной зоне реактора, так как бор (основной поглотитель тепловых нейтронов) равномерно распределен в циркулирующей воде. При этом механическая система компенсации (подвижные поглощающие стержни) рассчитывается только на температурный эффект и отравление реактора и после выхода реактора на рабочий режим практически полностью выводится из активной зоны. В зоне остаются только стержни, выполняющие роль оперативного регулирования, суммарная эффективность которых сравнительно невелика (обычно несколько меньше β-доли запаздывающих нейтронов), и искажения профиля плотности потока нейтронов за счет перемещения механической системы регулирования сводятся к минимуму.
Можно считать, что введение борной кислоты в воду сказывается только на изменении коэффициента использования тепловых нейтронов Θ, определяемого концентрацией бора в замедлителе, являющемся одновременно и теплоносителем, т. е. k∞~θ, k∞,в~ θ, где k∞ и k∞,в — коэффициенты размножения в бесконечной среде без борной кислоты и при наличии ее, Θ и Θβ — коэффициенты использования тепловых нейтронов. Тогда реактивность, обусловленная введением борной кислоты, будет уменьшаться на величину
(5.130)
Из (5.130) видно, что для определения компенсирующей способности жидкостного борного регулирования необходимо определить коэффициент использования тепловых нейтронов Ов, зависящий от концентрации борной кислоты в воде. Последняя подбирается для каждого момента времени, исходя из известной зависимости k∞ (t) (см., например, рис. 3.16). Так, на рис. 5.15 показана зависимость θв от массовой концентрации 10В в воде первого контура для начала кампании, т. е. когда в реакторе только свежее топливо. Отсюда, пользуясь выражением (5.130), можно определить необходимую концентрацию бора для компенсации
избыточной реактивности в начале кампании.
Рис. 5.15 Зависимость 0в от массового содержания бора св в воде водо-водяного реактора для начала кампании в горячем и отравленном состоянии (r=2,3%)
Для примера, указанного на рис. 3.16, kнеотр =1,28, 1,24, kотр=k∞=1,025, а необходимая концентрация св для полной компенсации избыточной реактивности в начале кампании будет равна: для неотравленного реактора св=0,115%, а отравленного св=0,1%.
Аналогичные кривые необходимо построить и для других моментов времени после начала кампании, что в конечном итоге позволит определить Св (t).
