2.6. Органы регулирования реактора

Регулирование работы ядерного реактора заключается главным образом в регулировании так называемой нейтронной или тепловой мощности путем изменения коэффициента размножения нейтронов за счет изменения скорости их образования, поглощения или утечки.

При поглощении нейтрона тепловой энергии ядром урана в боль­шинстве случаев происходит расщепление этого ядра на два или бо­лее осколков. При этом процессе, называемом делением, освобожда­ется большое количество энергии (около 200 Мэв на один акт деле­ния) и испускается два-три нейтрона, которые при определенных ус­ловиях могут вызвать деление других ядер урана. Эти два-три нейт­рона, образующиеся в процессе деления, могут принять участие и в других реакциях, конкурирующих с реакцией деления. Кроме урана, нейтроны могут быть поглощены в других материалах активной зоны. Имеется также потеря нейтронов вследствие утечки из реактора.

Для поддержания цепной реакции в активной зоне количество образующихся нейтронов должно быть равно количеству нейтронов, теряемых за счет утечки и поглощения. Это условие выражают с по­мощью так называемого коэффициента размножения К:

К =	образование нейтронов
	поглощение нейтронов + утечка нейтронов

Если К равно единице или больше единицы, то цепная реакция воз­можна; если К меньше единицы, то цепная реакция не будет под­держиваться и в конце концов прекратится.

Наибольшее распространение получил метод управления цепной реакцией деления путем изменения количества поглощающих нейтро­ны веществ. Для этой цели используются твердые, жидкие и газооб­разные материалы с большими сечениями поглощения нейтронов. Для энергетических реакторов, как правило, применяются твердые мате­риалы в виде стержней-поглотителей, вводимых в активную зону.

В качестве поглощающего материала наиболее часто применяют бор и его соединения (карбид бора В₄С и бористая сталь). Находят также применение кадмий и редкоземельные элементы (евро­пий и др.). Конструкция поглощающих стержней зависит от применяемого материала. Например, бористые стали, легированные никелем, коррозионно-стойкие и не требуют специальной защиты от влияния теплоносителя. Карбид бора применяется в виде таблеток, которыми заполняют трубчатые несущие элементы с последующей герметизацией объема.

В водо-водяных реакторах наряду с твердыми поглотителями используются также жидкостные поглотители. Для этой цели в воду, которая циркулирует в первом контуре, вводится борная кислота, концентрация которой может меняться в процессе работы. Использо­вание жидких поглотителей позволяет более эффективно вести регулирование энерговыделения.

Одно из главных требований к органам системы управления и защиты реактора – обеспечение ядерной безопасности. При любых стационарных, переходных и аварийных режимах должен быть исключен разгон реактора на мгновенных нейтронах (неуправляемый разгон), а также обеспечена достаточная подкритичность. Все эти требования обеспечиваются проектными и конструкторскими решениями.