Тэр и ткр теплоносителя
Во всём диапазоне изменений средней температуры теплоносителя – от 20оС до наибольшей температуры рабочей зоны – изменение реактивности ВВЭР происходит за счёт изменений ядерных свойств теплоносителя (микросечений поглощения воды и содержащейся в ней борной кислоты) и изменений плотности воды, которые, кстати имеют место не только с изменением температуры воды, но и давления в реакторе.
Ранее (п.10.4.2) упоминалось, что законы передачи тепла от топлива к теплоносителю на разных уровнях мощности реактора ставят в более или менее жёсткое соответствие величины средних температур топлива и теплоносителя:
.
Следовательно, соотношение мощности и средней температуры теплоносителя
определяется в конкретном реакторе
соотношением средних температур
топливной композиции и теплоносителя
(
),
которое опять-таки определяется только
тепловой мощностью реактора. А, значит,
величину полного ТЭР (ТКР) реактора
принципиально можно было бы поставить
в соответствие с величиной уровня
мощности. Чего, к сожалению, не получается,
потому что:
во-первых, одна и та же величина тепловой мощности реактора
может обеспечиваться при различных
комбинациях расходов теплоносителя
Gтн и
подогревов его в активной зоне (
),
а, значит, в этих комбинациях (учитывая
нелинейный характер роста температуры
теплоносителя от входа к выходу активной
зоны) будет меняться и средняя температура
теплоносителя
,
не говоря уже о среднеэффективной
температуре активной зоны;
во-вторых, величины средних температур топлива и теплоносителя зависят от характера распределения энерговыделения по высоте реактора, а, значит, и от характера вертикальной составляющей нейтронного поля в активной зоне (а это – довольно изменчивая в процессе кампании характеристика).
Именно эта неоднозначность зависимости (Np), её изменчивость в различных условиях эксплуатации реактора вынуждает пользоваться в физических расчётах различными составляющими ТЭР (ТКР). Потребность в расчётах при различных расходах теплоносителя, при различных средних температурах теплоносителя и в различные моменты кампании активной зоны диктует потребность в точном знании таких составляющих ТЭР (ТКР), которые можно было бы корректно измерить в рабочих условиях эксплуатации реактора.
С этой целью весь ТЭР (ТКР) ВВЭР с высокотемпературным топливом делят на две материальные составляющие - ТЭР (ТКР) топлива и ТЭР (ТКР) теплоносителя.
Температурный эффект топлива проявляется при температурах топлива, существенно превышающих величины средних температур теплоносителя, что в условиях реальной эксплуатации ВВЭР имеет место при работе реактора на мощности. Поэтому учитывать изменения реактивности, обусловленные только температурой топлива, во всех отношениях удобнее не как функцию изменения средней температуры топлива (последнюю рассчитывать достаточно непросто), а как функцию изменения величины мощности реактора. То есть как мощностные изменения реактивности, о чём говорилось в п.10.5.
Температурный эффект теплоносителя проявляется при разогреве теплоносителя от 20оС вплоть до самых больших средних его температур. Теоретически он действует независимо от температурного эффекта топлива, если в процессе разогрева теплоносителя сохраняется неизменной средняя температура топлива. При реальной эксплуатации реактора его действие можно проследить и зафиксировать в процессе очень медленного разогрева критического на МКУМ реактора от постороннего источника тепла. Именно так производится измерение температурного коэффициента реактивности теплоносителя: разогрев со скоростью не более 10оС/час при поддержании реактора на МКУМ гарантирует непревышение средней температуры топлива над средней температурой теплоносителя и практически нулевое мощностное изменение реактивности реактора.
Температурный коэффициент реактивности теплоносителя (t) в наиболее важном интервале средних температур теплоносителя – выше 278оС – отрицателен и с ростом температуры увеличивается по абсолютной величине приблизительно по линейному закону (рис.10.5).
t,
%/оС
275 280 285 290 295 300
0
t,o
- 0.010
- 0.015
- 0.020
- 0.025
Рис. 10.5. Зависимость ТКР теплоносителя ВВЭР-1000 в интервале температур 275 – 300оС.
До температуры 279 – 280оС разогрев ВВЭР-1000 обеспечивается за счёт джоулева тепла от работающих ГЦН. Выше этой температуры реактор разогревается собственным («ядерным») теплом. Поэтому экспериментально в начале кампании определяется минимальная величина ТКР теплоносителя именно при этой температуре.
В распоряжении оператора всегда имеется расчётная кривая ТКР теплоносителя при номинальной средней температуре теплоносителя в различные моменты кампании (в зависимости от величины энерговыработки W), качественный вид которой показан на рис.10.6.
50
100 150 200
250 300 W,
эф.сут
0
- 0.02
- 0.04
- 0.06
Рис.10.6. Изменение ТКР теплоносителя при номинальной средней температуре в процессе кампании.
Таким образом, совместное изменение реактивности за счёт изменений мощности реактора и средней температуры теплоносителя (в пределах указанного интервала) найдётся как
(10.6.1)
Для получения корректных результатов расчёта значения МКР и ТКР теплоносителя желательно усреднять для интервалов изменения мощности реактора и средней температуры теплоносителя соответственно.