4.4 Температурные эффект и коэффициент реактивности реактора

Температурным эффектом реактивности реактора при рассматриваемой средней температуре в активной зоне называется величина изменения реактивности реактора при его разогреве от 20^оС до этой температуры.

Поскольку в определении речь идёт об изменении реактивности реактора, величина ТЭР (как и всякая реактивность) обозначается символом _t c нижним индексом «t», позволяющим отличать температурный эффект от реактивности любого другого происхождения (например, от реактивности, появляющейся вследствие перемещения органов СУЗ реактора, или изменений реактивности вследствие переотравления реактора ксеноном и т.п.). Почему _t, а не _t, раз в определении речь идёт об изменении реактивности? – Именно потому, что если _t(20^oС) = 0, то

_t = _t(t) - _t(20^oC) = _t(t).

Наконец, поскольку ТЭР есть изменение реактивности реактора, то и измеряется он в принятых единицах реактивности – а.е.р. (долях от единицы) или в процентах, долях от _э и т.д.

независимо от того, идёт ли речь о разогреве реактора (t_т2  t_т1) или о его расхолаживании (t_т2  t_т1). Следуя формуле (15.1.2), мы никогда не ошибёмся в знаке температурного изменения реактивности реактора: положительная величина _t означает, что от изменения температуры теплоносителя t_т = t_т2 – t_т1 происходит высвобождение реактивности, а при _t  0 - её потеря.

 _t (t_т)

 _t2 I

_t

 _t1

t_т^ном

0 t_т, ^оС

20^o t_т1 t_т2

П

III

Зона рабочих

средних

температур

Зона разогрева

Рис.4.6 Три типа кривых ТЭР, свойственных реальным энергетическим реакторам.

Энергетический реактор предназначен для работы на мощности при определённой расчётной средней температуре теплоносителя, при которой вся вырабатываемая в стационарном режиме тепловая мощность реактора сбалансирована величинами мощности, отводимой теплоносителем, и мощностью, рассеиваемой в окружающую реактор среду. Эту температуру называют номинальной средней температурой теплоносителя. Небольшой (не более  5^оС около номинальной температуры) интервал, в пределах которого изменяются величины средних температур теплоносителя в нестационарных режимах работы реактора, называют зоной рабочих средних температур Температурный интервал от 20^оС до меньшего из значений интервала рабочих средних температур кратко называют зоной разогрева.

Второй мерой оценки влияния температуры на реактивность реактора является величина температурного коэффициента реактивности реактора.

Температурный коэффициент реактивности реактора при данной средней температуре теплоносителя t_т – это изменение реактивности реактора при его разогреве на 1^оС сверх этой температуры.

ТКР обозначается как _t(t_т) и измеряется в 1/^оС, в %/^oC или в _э/^оС.

Условие устойчивости работы энергетического реактора

Устойчивость реактора – это его способность при случайных возмущениях реактивности постоянной величины переходить в критическое состояние на новом уровне мощности, а после снятия возмущения – возвращаться в критическое состояние на исходном уровне мощности.

Условием устойчивости энергетического реактора является падающий характер кривой ТЭР в зоне рабочих средних температур или (выражаясь более профессионально) – отрицательность величины ТКР в этой зоне.

Для того, чтобы после пуска реактора на минимально контролируемый уровень мощности (МКУМ) привести его в рабочее состояние (или, как говорят, – ввести его в энергетический режим), его разогревают с ограниченной скоростью путём медленного подъёма его мощности до тех пор, пока средняя температура теплоносителя не достигнет своего рабочего значения.

*) Разогрев реакторов типа ВВЭР до температуры теплоносителя 278 – 280^оС производится до операции вывода реактора на МКУМ и не собственным теплом, получаемым в активной зоне, а за счёт джоулева тепла работающих главных циркуляционных насосов первого контура. То есть в период разогрева тепло идёт не от твэлов к теплоносителю, а, наоборот. Указанные значения средней температуры теплоносителя – естественный предел, до которого можно поднять температуру теплоносителя: по достижении этой температуры мощность джоулева тепла от работающих ГЦН сравнивается с мощностью рассеяния тепла от 1 контура в окружающую среду и отводимой в ПГ. Лишь заключительная стадия разогрева реактора (от 280 до 302^оС) производится собственным теплом активной зоны после вывода реактора на МКУМ и дальнейшего подъёма мощности.

4.4.1 Мощностной эффект реактивности реактора. Так как при постоянной средней температуре теплоносителя в силу закона теплопередачи средняя температура топлива и тепловая мощность реактора находятся в удобной пропорциональной взаимосвязи, то само собой напрашивается ядерную составляющую ТЭР, определяемую средней температурой топлива, поставить в зависимость от более практичной величины – мощности реактора.

Мощностным эффектом реактивности реактора на данном уровне мощности называют изменение реактивности с ростом мощности от нуля до этого уровня при постоянной средней температуры теплоносителя .

- величина , наоборот, напрямую связанная со средней температурой топлива известным Доплер-эффектом, с ростом температуры топлива падает сравнительно интенсивно.

Вот почему мощностной эффект реактивности более чем на 97% обусловлен эффектом Доплера: имея температурную природу, выражается он в зависимости от более удобной величины – мощности реактора.

Мощностной эффект (как и ТЭР) имеет свою дифференциальную меру, называемую мощностным коэффициентом реактивности реактора (МКР).

Мощностной коэффициент реактивности реактора на данном уровне мощности – изменение реактивности реактора с ростом его мощности на 1 МВт сверх данной при неизменной средней температуре теплоносителя.

МКР обозначается _N(N_p) и измеряется чаще всего в %/МВт.

если подставлять величины мощности реактора в МВт.

МКР, имеющий доплеровскую температурную основу, - принципиально отрицателен: с ростом мощности реактивность только снижается. С одной стороны, (с позиций саморегулирования реактора) – это факт позитивный.

С другой стороны, из него следует вполне понятное правило: любое повышение мощности реактора связано с затратами запаса реактивности.

Поскольку отрицательное изменение реактивности реактора при повышении его мощности должно быть скомпенсировано равной по величине положительной реактивностью, которую оператор взять может только из наличного (текущего) оперативного запаса реактивности. А если для ВВЭР-1000 величина МКР в начале кампании приблизительно равна – 0.36 ^. 10^-3 %/МВт, то «плата» за подъём мощности реактора от МКУМ до 100% составит

-_N = - _N ^. N_p = –(- 0.36 ^. 10^-3) ^. 3000  1.08 % реактивности, то есть довольно существенную ( 1.5 _э) величину. Это - лицевая сторона медали.

Есть и обратная её сторона, используемая в практике и известная как «работа на мощностном эффекте». Если ВВЭР, отработав свой годовой цикл, полностью исчерпал расчётный запас реактивности, то на сниженном уровне мощности реактора можно ещё продлить его работу. Так, если величина МКР реактора в конце кампании , то за счёт снижения мощности реактора от номинальной до 70% высвободится запас реактивности

,

и с этим запасом можно существенно продлить срок работы РУ.