Материал: Мерзликин Г.Я. Основы теории ядерных реакторов. Курс для эксплуатационного персонала АЭС

Рис.21.9. К пояснению понятия интерференции на примере двух стержней-поглотителей

Следовательно, при введении в активную зону стержень II теперь будет попадать в область, где среднее значение плотности потока тепловых нейтронов будет равно не Фr0 (которое было до введения стержня I), а Фr1 (которое установилось после введения стержня I), и в соответствии с уже известным правилом теории возмущений величина физического веса стержня II в данном примере увеличится в Фr12/ Фr02 раз.

Если поступить наоборот, то есть ввести в активную зону вначале стержень II, то его введение приведёт к изменению средней величины плотности потока тепловых нейтронов в области введения стержня I, и это новое значение Ф будет перед введением стержня I невозмущённым для него, так как теория возмущении всегда подразумевает под невозмущённым значением Ф ту его величину, которая была перед введением конкретного стержня в активную зону. Таким образом получается, что одновременное или последовательной введение в активную зону двух стержней хотя и даёт общий эффект воздействия на реактор rI+II, независимый от одновременности или последовательности введения стержней, но этот эффект практически всегда отличается от суммы физических весов этих стержней, получаемых при самостоятельном введении их в активную зону.

В больших реакторах энергоблоков АЭС стержни-поглотители поодиночке не используются, а применяются группами, состоящими из нескольких стержней, смонтированных на общей подвеске и поэтому перемещаемых синхронно с помощью автономных для каждой группы сервоприводов. Стержни, составляющие группу стараются располагать более или менее симметрично относительно оси активной зоны для того, чтобы перемещение группы по высоте активной зоны не давало заметных перекосов нейтронного поля.

Распространяя приведенные выше рассуждения на группу из m стержнейпоглотителей, можно сказать, что физический вес этой группы как правило отличается в ту или иную сторону от суммы индивидуальных физических весов этих стержней:

m

ρгр ¹ ∑ρi .

i=1

Величина отношения физического веса группы стержней-поглотителей к сумме их индивидуальных физических весов называется коэффициентом

интерференции:

m

∑ρi

i=1

Если С > 1 (то есть физический вес группы больше суммы физических весов со-

ставляющих группу стержней), интерференция считается положительной, а если же С < 1 – отрицательной.

Конечно, подбором положения составляющих группу стержней принципиально возможно добиться нужного эффекта интерференции, хотя это и представляет достаточно сложную задачу. Но это – проблема конструкторская, а не задача для практика-эксплуатационника. Практику же следует знать природу интерференции поглотителей и понимать, почему физический вес одной и той же группы стержней управления реактором может быть существенно различным, если он измеряется в различных условиях, когда в активной зоне реактора могут присутствовать различные количества других поглотителей: это – результат интерференции стержней. Поэтому когда говорится о физическом весе стержней той или иной группы, всегда нелишне указать, в каких условиях он определялся.

Интерференция подвижных поглотителей, если их много в реакторе, может изменять не только величины физических весов отдельных их групп, но, как следствие этого, изменяет и форму их характеристик (кривых дифференциальной и интегральной эффективности), которыми оператор пользуется для ведения некоторых физических расчётов. Изменчивость этих характеристик (как в процессе кампании, так и в различных режимах работы реактора) побуждает оперативный персонал реакторной установки заниматься регулярными физическими измерениями их в условиях, близких к рабочим.

21.11. Простейшие методы градуировки подвижных поглотителей

Градуировка поглотителя – это экспериментальное получение его физических характеристик – кривых дифференциальной и интегральной эффективности.

Из простейших методов градуировки подвижных поглотителей известны три: метод разгона, метод компенсации и метод «сброса». Здесь они называются простейшими, поскольку все они не требуют для проведения градуировочных измерений каких-либо сложных средств приборного оснащения.

21.11.1. Метод разгона. Этот метод является наиболее универсальным методом градуировки, так как он позволяет отградуировать любой стержень-поглотитель (или группу поглотителей) без применения эталонных мер, пригодных для сравнения различных поглотителей по их эффективности (например, в начале кампании, при физическом пуске реактора, когда известны лишь расчётные характеристики групп поглотителей, но нет ни одной достоверно измеренной их характеристики).

Суть метода состоит в том, что любое перемещение поглотителя вверх на произвольном участке Н от Н1 до Н2 приводит к сообщению критическому реактору положительной реактивности (равную изменению интегральной эффективности поглотителя в конечном и начальном положениях Δρ = ρ(Н2) - ρ(Н1)), которую можно найти по величине измеренного периода удвоения мощности реактора Т2, кратко называемого периодом разгона, из-за чего метод и получил такое название. Вы, разумеется, помните, что период удвоения мощности реактора жёстко связан с величиной сообщённой реактору реактивности решением уравнения «обратных часов», так что, измерив величину периода, всегда можно найти ту величину реактивности, которая вызвала разгон мощности реактора с таким периодом. Период Т2 – это время удвоения величины мощности реактора, и его можно легко измерить с помощью обыкновенного секундомера.

Исходное состояние реактора. Для производства корректных измерений перед началом эксперимента реактор должен быть строго критичен на минимально контроли-

руемом уровне мощности. Это требуется для того, чтобы в процессе эксперимента исключить проявление температурных изменений реактивности реактора, которые неизбежно появились бы при больших изменениях мощности реактора и, тем самым исказили бы результаты измерений реактивности от перемещения градуируемого поглотителя. Градуируемый поглотитель при этом в исходном состоянии находится в крайнем нижнем положении (на НКВ), критичность реактора устанавливается и поддерживается с помощью любого другого подвижного поглотителя.

Последовательность действий. Градуируемый поглотитель перемещается с НКВ в некоторое положение Н1 (на величину Н1 = Н1); при этом реактор становится надкритичным (подъёмом поглотителя ему сообщена положительная реактивность), и его мощность начинает расти; сделав необходимую паузу (25 ÷ 30 с), чтобы дать реактору выйти в режим разгона с установившимся периодом, измеряется период (Т2)1, по величине которого из таблицы или графика решения уравнения «обратных часов» находится значение реактивности ρ1, вызвавшей разгон реактора с измеренным периодом Т2. Эта величина и является величиной интегральной эффективности градуируемого поглотителя в положении Н1 (ведь именно она явилась результатом перемещения поглотителя от НКВ до положения Н1). Сразу после окончания измерения (Т2)1 градуируемый поглотитель оставляется в положении Н1, а реактор возвращается в исходное критическое состояние на том же (минимально контролируемом) уровне мощности путём введения в активную зону любого другого подвижного поглотителя.

Следующий шаг: поглотитель поднимается из положения Н1 до положения Н2 на некоторую величину Н2 = Н2 – Н1, в результате чего критическому на том же уровне мощности реактору опять сообщается некоторая величина положительной реактивности ρ2, равная изменению интегральной эффективности при перемещении поглотителя от Н1 до Н2. Реактор начинает увеличивать свою мощность с установившимся периодом (Т2)2 , величина которого, как и в первом случае, может быть легко измерена, и по ней из графика решения уравнения «обратных часов» может быть найдена та величина положительной реактивности ρ2, которая вызвала разгон мощности реактора с таким периодом. Сразу после измерения периода (Т2)2 реактор с помощью любого другого поглотителя (не градуируемого) возвращается в критическое состояние на исходном минимально контролируемом уровне мощности и стабилизируется на нём.

После чего начинается третий шаг экспериментальных измерений: градуируемый поглотитель из положения Н2 перемещается вверх в положение Н3 (на величину Н3 = Н3 – Н2); реактор начинает разгоняться; в процессе разгона мощности измеряется величина установившегося периода удвоения мощности реактора (Т2)3, по которой из решения уравнения «обратных часов» находится величина положительной реактивности ρ3, вызвавшей разгон реактора с таким периодом. После чего реактор снова возвращается в состояние критичности на исходном уровне МКУМ с помощью постороннего (не градуируемого) поглотителя и стабилизируется на нём.

И так далее: шаговые перемещения градуируемого поглотителя вверх и соответствующие им измерения величины установившегося периода удвоения мощности продолжаются до тех пор, пока градуируемый поглотитель не достигнет ВКВ (верхнего концевого выключателя), после чего реактор опять возвращается на МКУМ с помощью постороннего подвижного поглотителя.

Обработка результатов измерений и построение кривых интегральной и диффе-

ренциальной эффективности градуируемого стержня-поглотителя. Результаты фик-

сации положений градуируемого поглотителя, измерений периодов удвоения мощности реактора Т2, извлечённых по ним значений реактивности и расчётов величин интегральной и дифференциальной эффективности сводятся в компактную таблицу (см. ниже).

По результатам таблицы строятся кривые интегральной и дифференциальной эффективности отградуированного поглотителя (рис.21.10).

ρ(Н)

∂ρ

∂Н

Рис.21.10. Построение кривых интегральной и дифференциальной эффективности поглотителя по данным таблицы 21.1.

Здесь уместны пару слов в пояснение формул таблицы 21.1. Если результат вычисления при первом измерении сразу даёт величину интегральной эффективности градуируемого поглотителя в положении Н1, потому что вычисленная по измеренному периоду (Т2)1 величина изменения реактивности Δρ1 явилась результатом подъёма поглотителя от НКВ до положения Н1, то во всех последующих измерениях величина интегральной эффективности должна находиться как сумма всех изменений реактивности, явившихся результатами шагового подъёма поглотителя от НКВ до рассматриваемого конечного положения (Нi).

Что касается величины дифференциальной эффективности, то при перемещении поглотителя от предыдущего положения (Нi-1) до рассматриваемого (Нi) на величину Нi величина Δρi/ Hi является не локальной дифференциальной эффективностью

поглотителя в каком-то положении, а средней величиной дифференциальной эффективности в диапазоне перемещения Нi, а потому она должна быть отнесена к

середине этого интервала Нср i = 0.5 (Нi-1 + Hi), положение которой и вычисляется в предпоследнем столбце таблицы. На графике кривой дифференциальной эффективности это среднее значение (∂ρ/∂Н)i отсчитывается во всех случаях от общего нуля.

21.11.2. Метод компенсации. Использование метода компенсации при градуировке подвижных поглотителей (или их групп) подразумевает наличие в составе подвижных поглотителей реактора хотя бы одного поглотителя (группы) с достоверно измеренными и построенными характеристиками. Будем называть этот поглотитель эталонным поглотителем. Этот метод не столь универсален, как метод разгона, но он является более быстрым.

Суть метода. Метод основан на том, что любое перемещение вверх градуируемого поглотителя всегда можно скомпенсировать определённым перемещением эталонного стержня вниз, то есть так, что сообщаемая реактору градуируемым поглотителем положительная реактивность будет в точности равна по величине отрицательной реактивности, сообщаемой реактору за счёт перемещения эталонного поглотителя. Единственным ограничением в использовании этого метода является условие: физический вес эталонного поглотителя желательно иметь несколько большим, чем предполагаемый физический вес градуируемого поглотителя.

Исходное состояние. Ядерный реактор критичен на МКУМ (по той же причине, что и при градуировке методом разгона), причём градуируемый поглотитель находится на НКВ, а критичность реактора поддерживается с помощью эталонного поглотителя, то есть малыми перемещениями эталонного поглотителя добиваются стабилизации мощности реактора на определённом уровне в течение 3 – 5 минут.

За положением и перемещениями поглотителей оператор следит по штатным измерителям точного положения их. Мощность контролируется с помощью штатного измерителя нейтронной мощности реактора.

Последовательность действий. Градуируемый поглотитель поднимается с НКВ на некоторую величину Н1 в положение Н1, и сообщаемая при этом реактору положительная реактивность Δρ1 сразу же компенсируется адекватным перемещением эталонного поглотителя из исходного положения Нэо на некоторую величину Нэ1 в положение Нэ1. После точной стабилизации реактора на исходном уровне мощности (МКУМ) записываются положения градуируемого и эталонного поглотителей Н1, Нэ0 и

Нэ1.

Δρэ1=Δρ1

Следующий шаг: градуируемый стержень из положения Н1 поднимается на некоторую величину Н2 в положение Н2, а возникающая за счёт этого перемещения поло-