Рост запаса реактивности с воспроизводством плутония-239

Увеличение концентрации плутония-239 во времени в зависимости от величины уровня мощности, на котором работает реактор (N_р), и уменьшение концентрации основного топлива показано на рис.18.1.

N(t)

N₅(t)

1 2

N₉(t)

0 t

Рис 3.5 . Качественный вид изменений концентраций урана-235 и плутония-239 при работе

на постоянных мощностях (линии 1 соответствуют N_p = 100%, линии 2 - N_p = 50% от N_p^ном).

Коэффициент воспроизводства ядерного топлива

Поскольку воспроизводимое топливо сразу же включается в общий цикл размножения, давая свой вклад в деления и выработку энергии реактора, практику безусловно интересно знать, какая часть общего количества энергии будет вырабатываться за счёт воспроизводимого плутония, а это связано с тем, сколько ядер плутония получается при затрате одного ядра основного топлива.

Мерой оценки относительной эффективности образования воспроизводимого плутония служит величина коэффициента воспроизводства (R), определяемая как отношение скоростей образования плутония и выгорания основного топлива (²³⁵U):

3.3.2 Эффекты выгорающих поглотителей

Выгорающие поглотители - это сильные поглотители нейтронов, неподвижно размещаемые в активной зоне и медленно выгорающие за счёт захвата ими нейтронов, превращаясь при этом в слабые поглотители нейтронов, что приводит к снижению поглощающих свойств активной зоны и высвобождению запаса реактивности.

Эффект выгорающего поглотителя в рассматриваемый момент кампании активной зоны – это величина реактивности, высвобожденная за счёт его выгорания на этот момент с начала кампании.

Выгорающим в реакторе может быть далеко не каждый поглотитель, а лишь тот, который обладает высоким значением микросечения поглощения тепловых нейтронов s_а, и дочерним продуктом поглощения им теплового нейтрона является нуклид с существенно более низким значением s_а.

Основное назначение ВП – компенсация потерь запаса реактивности от выгорания и шлакования топлива – то есть медленно и монотонно растущих потерь в продолжение всей кампании топливной загрузки.

Одно из достоинств ВП состоит в том, что с его использованием применяется минимально необходимое число групп подвижных поглотителей.

Другое достоинство: количество ВП в конкретных ТВС можно легко изменять при частичных перегрузках активной зоны.

На ВП возложена ещё одна функция – выравнивания нейтронного поля (и поля энерговыделения) за счёт рационального размещения ВП в объёме активной зоны. Кроме того, как будет показано, использование ВП в ВВЭР позволяет сделать ТКР с самого начала кампании отрицательным и приемлемой величины без увеличения начальной концентрации борной кислоты.

Наиболее распространённые выгорающие поглотители

До настоящего времени в энергетических реакторах наиболее широко использовались два типа выгорающих поглотителей - борный и гадолиниевый.

а) Борный ВП. Борные выгорающие поглотители используют чаще всего в форме карбида бора (В₄С) для обеспечения стойкости, причём, в этом соединении может использоваться как природная смесь изотопов бора, содержащая примерно 19% ¹⁰В и 81% ¹¹В, так и обогащённая изотопом ¹⁰В смесь с содержанием его до 75%. В первом случае получается поглотитель со средним значением сечения s_а » 750 барн, а во втором - с s_а » 4010 барн.

Борный ВП используется также в форме диборида хрома (CrB₂).

б) Гадолиниевый ВП. Этот тип выгорающего поглотителя используется в форме триоксида гадолиния (Gd₂O₃) c природным гадолинием, содержащим шесть различных изотопов с атомной массой от 152 до 160 а.е.м., и имеющим среднее стандартное значение микросечения радиационного захвата тепловых нейтронов s_а0 » 46600 барн. Самым поглощающим из изотопов Gd является ¹⁵⁷Gd (_a0 = 242 000 барн, содержание в природной смеси – 15.7%), второй за ним следует ¹⁵⁵Gd ((_a = 56200 барн, содержание в природной смеси – 14.7%).

В обоих случаях соединения бора и гадолиния при блокированном использовании часто разбавляются оксидом бериллия (ВеО), что нужно, как увидим далее, для получения требуемого темпа выгорания ВП.

Заключение

Мы сегодня с вами разобрали вопрос об эффектах реактивности. Ввели понятие общего запаса реактивности, оперативного запаса реактивности. Как меняется запаса реактивности при работе реактора. На следующем занятии мы рассмотрим температурные эффекты реактивности и вопросы саморегулирования ядерного реактора.

1. А.А. Саркисов, В.Н. Пучков. Физические основы эксплуатации судовых ядерных паропроизводящих установок. –М.,: Энергоатомиздат, 1989.

2. Г.Я. Мерзликин. Теория реакторов. Лекции. СНУЯЭиП.

Сз.5 Подвижные поглотители. Борное регулирование Мерзликин Г.Я. с.с.11-114; Вопросы с.115, №№ 1, 2, 3, 4.