GOSy_teoria_2013

Временем установления равновесной концентрации I и Хе при практических расчетах можно считать время, когда их концентрация достигает значения 90% равновесного, что в данном случае составляет 35-40 ч работы на стационарной мощности.

Накопление ядер I и Хе после пуска реактора происходит по экспоненциальному закону:

I 1

где t – время после пуска реактора, часы.

Потеря реактивности при отравлении Хе в любой момент времени t до установления стационарного значения определяется из соотношений:

0 Xe (t) 0 Xe 0.4e 10 4 t (1 1.4e 2.9 10 4 t )

Видно, что стационарное отравление Хе зависит от сечения поглощения нейтронов, обогащения топлива и плотности потока нейтронов. При больших нейтронных потоках (Ф>1014 нейтрон/см2-с) не зависит от Ф:

0максXe (wI wXe ) fu

au

Для реакторов на тепловых нейтронах зависимость (1,15) от мощности имеет вид, представленный на рис. 1.1.

О 20 40 60 80 М,%

71

Рис. 1.1. Зависимость стационарного отравления Хе от мощности реактора

Рис. 1.2. Установление стационарного отравления Хе [2]

Нестационарное отравление Хе135

Изменение мощности реактора приводит к нарушению динамического равновесия между ростом и убылью Хе.

Дифференциальные уравнения, описывающие отравление реактора ксеноном после остановки, могут быть получены из (1.10) если считать, что в остановленном реакторе Ф=0:

t время после остановки реактора, час.

После остановки или снижения мощности происходит временное увеличение концентрации Хе вследствие распада I и уменьшение выгорания Хе. Соответствующее уменьшение зап называется "йодной ямой".

Изменение реактивности после остановки реактора

72

Время достижения глубины “йодной ямы”

Используя численное значение констант , получим

В реакторах на тепловых нейтронах концентрация Хе достигает максимального значения через 8-10 часов.

При оценке эффектов реактивности следует учитывать, что ядерная концентрация Хе в момент максимального отравления включает стационарную концентрацию.

На рис. 1.5 графически представлен процесс нестационарного отравления Хе при остановке реактора.

На рис. 1.6 показан примерный характер зависимости рХе(t) для теплового реактора при остановке его на различных мощностях.

При расчете "йодной ямы" удобным является следующее соотношение:

и.я. (t) A(e Xet 1) B(e I t 1)

Зависимости А,В, e Xet e I t представлены на рис. 1,7

Рис. 1.5. Нестационарное отравление Хе после остановки реактора.

2 4 8 12 16 2 24 28 32 36 40

Рис, 1.6. Кривые "йодных ям" для реактора на тепловых нейтронах

74

54. Отравление реактора Sm. Накопление самария-149 после пуска реактора и стационарное отравление самарием

Стационарное отравление Sm-149 вычисляется по аналогии с ксеноном. В соответствии с цепочкой радиоактивного распада

дифференциальные уравнения, описывающие баланс ядер прометия и самария в 1 см3 активной зоны, имеют вид.

dNPm wPmФ fu Pm NPm

dt

dNSm Pm NPm Sm NSmФ

dt

Теоретически стационарные концентрации прометия и самария достигаются в пределе при t . Практически временем установления стационарной концентрации можно считать время, когда концентрация Рm будет отличаться от равновесной на 5-10%. Это соответствует примерно 8-10 суткам. Следовательно, равновесные концентрации Рm и Sm определяются соотношениями:

Равновесная концентрация Рm пропорциональна потоку нейтронов. Равновесная концентрация самария не зависит от плотности потока нейтронов, но время достижения прямо пропорционально плотности нейтронного потока.

Накопление Рm и Sm при работе реактора на стационарной мощности происходит по экспоненциальному закону:

Pm 1

Отравление Sm быстро растет при увеличении С5 до 10%, а потом изменяется очень мало.

Потеря реактивности при отравлении Sm в любой момент времени до установления стационарного значения определяется из соотношения:

где t сутки.

На рис. 1.13 представлена зависимость изменения концентрации Рm и Sm, а

75

также потеря рзап вследствие отравления Sm при работе реактора на стационарной мощности и после остановки.

На рис. 1.14 дана зависимость прометиевого провала от мощности, на которой до остановки работал реактор.

О 25 50 75 N,%

Рис. 1.14. Зависимость максимальной глубины рп.п от мощности реактора ТР до остановки.

Для реактора на тепловых нейтронах пном.п = - 0,5%

Ni 0.5Ni , %

п.п Nном

На рис. 1.15 представлены кривые прометиевых провалов для реактора на тепловых нейтронах

Рис. 1.15. Кривые прометеевых провалов реактора ТР

Время установления стационарного отравления Sm-149 можно оценить из соотношения:

1015

tуст Ф ; сутки

р,отн.ед

О 10 20 30 Т.эф.сутки Рис. 1.16. Стационарное отравление ВВЭР-440 самарием

Кинетика отравления самарием после выключения реактора

Наибольший интерес представляет влияние самария на процесс изменения реактивности после выключения реактора.

В этом случае, уравнение (1,24) при Ф=0 имеют вид.

77

dNPm Pm NPm

dt

dNSm Pm NPm

dt NPm (t) N0Pm exp( Pmt)

После остановки реактора убыль Sm прекращается, а прибыль его из Pm продолжается до полного распада последнего. Практически через 8-10 суток распадается -90% Рm.

Уменьшение pзап при накоплении Sm после остановки носит название "прометиевый

Изменение мощности реактора с N1 до N2 (рис. 1.17) вызывает медленно протекающие переходные процессы, связанные с изменением числа ядер Рm-149 и Sm-149 в активной зоне. Скорость убыли непосредственно связана с потоком нейтронов (мощностью), а прибыли - с периодом полураспада Nd и Pm.

78

Рис. 1.17. Нестационарное отравление ВВЭР-440 самарием при изменении тепловой мощности со 100, 75. 50, 25%-ного уровня.

Максимальный самариевый выбег может достигать 0,25% время порядка 5 ч после подъема мощности реактора с нуля до 10%, при этом предполагается, что реактор стоял 15 суток и концентрация самария установилась постоянной.

При Ф<1014 нейтрон/(см2-с) | п.п.|< рОхе|, поэтому нестационарное отравление Sm после остановки не может повлиять на возможность очередного пуска реактора, так как реактивность, высвободившаяся вследствие распада Хе, больше глубины прометиевого провала. В реакторе с большим потоком может оказаться, что | п.п.| > |рОхе|, тогда пуск реактора после остановки невозможен

(рис. 1.18)

79

Рис. 1.18. Совместное воздействие Хе и Sm на реактивность реактора при Ф>4-1014 нейтрон/(см2-с).

55.Шлакование реактора.

Кшлакам относятся все стабильные и также долгоживущие радиоактивные продукты деления. Поглощающая способность шлаков после

выключения реактора практически не изменяется ( существенное исключение представляет Sm149, влияние которого на переходный процесс рассматривается отдельно), и потеря реактивности не восстанавливается.

Количественно шлакование определяется отношением числа тепловых нейтронов, поглощенных в шлаках, к числу тепловых нейтронах

поглощенных в уране.

темп изменения концентрации i-ого шлака находится в прямой зависимости от величины его сечения захвата ai.

В связи с определяющим влиянием поглощения на кинетику шлакования было предложено все шлаки разделить на три группы в зависимости от величины сечения поглощения.

1. К первой группе шлаков относиться сильно поглощающие шлаки , для которых ai a5 700бн

Шлаки первой группы.