Управление ядерным реактором

Управление ядерным реактором осуществляется путем регулирования числа нейтронов в реакторе. Без запаздывающих нейтронов число мгновенных нейтронов в цепной ядерной реакции возрастает по экспоненте

(3.1)

где период реактора – время, в течение которого число нейтронов возрастает в е=2,73 раза, - коэффициент размножения нейтронов.

Основной энергетической характеристикой реактора является мощность - количество тепловой энергии, выделяющееся с единицу времени. Мощности 1 Мегаватт соответствует, цепная реакция деления 3 10¹⁶ актов деления/сек.

Основным параметром, определяющим ход мощности, является реактивность:

(3.2)

критический режим, ρ<0 подкритический режим, ρ>0 надкритический режим на мгновенных нейтронах.

Если -доля запаздывающих нейтронов, то наличие запаздывающих нейтронов увеличивает среднее время жизни нейтронов . Тогда реактивность - критичность на мгновенных нейтронах, >β –надкритичность на мгновенных нейтронах. Если в реактор мгновенно введена положительная реактивность, то плотность потока нейтронов возрастает в раз – скачок на мгновенных нейтронах. При большом увеличении реактивности период разгона реактора описывается формулой

(3.3)

В реакторах на быстрых нейтронах с сек при скачках реактивности и средней доле запаздывающих нейтронов , период разгона Т =1,25 10^-4 сек.

Эффективная доля запаздывающих нейтронов для плутониевого реактора, для уранового реактора. Поэтому очень важно, чтобы реактор был сконструирована так, чтобы исключить возможность внезапного увеличения реактивности на величину .

Поведение реактора характеризуется специальными параметрами:

-мощностным коэффициентом реактивности,

-температурным коэффициентом реактивности,

-паровым пустотным коэффициентом реактивности.

Для управления реактором необходимо и достаточно, чтобы эти коэффициенты были отрицательными, например, при возрастании температуры в реакторе реактивность должна падать. В реакторе РБМК паровой коэффициент является положительным (техническая ошибка: создание опасной конструкции).

Система управления и защиты ядерного реактора (СУЗ)

Система управления и защиты ядерного реактора включает в себя следующие подсистемы:

Систему оперативного регулирования. Она управляет относительно небольшой (десятые доли положительной и отрицательной реактивности т.е. ~0,1 ) достаточной для обеспечения необходимых переходных режимов.

Систему аварийной защиты (САЗ). Она быстро вводит большую отрицательную реактивность порядка нескольких β ( ~1÷10 ) по сигналу о выходе технологических параметров за допустимые пределы и останавливает цепную реакцию.

Систему компенсации. Она сравнительно медленно вводит положительную реактивность для компенсации снижения реактивности за счет температурных эффектов, выгорания ядерного горюющего и накопления осколков.

Изменение реактивности в нужную сторону осуществляется движением регулирующих стержней по показаниям следящих за мощностью ионизационных камер и других технологических датчиков.

Система управления и защиты – система высокого класса, обеспечивающая при грамотных действиях персонала, безопасное управление ядерным реактором в нормальных и регламентных аварийных ситуациях за счет надлежащей обратной связи. Система состоит из пульта управления, каналов связи и датчиков.

Работа ядерного реактора.

Начальная загрузка ядерного топлива на 5 -10% превышает величину критической массы. Избыточная реактивность реактора в начале компании подавляется стержнями регулирования состоящими из поглотителей нейтронов [кадмий барн), бор барн для тепловых нейтронов], которые в остановленном реакторе погружены глубоко в активную зону. в момент первоначального пуска регулирущие стержни поднимают так, чтобы и реактивность ρ=0. Затем стержни поднимают до достижения требуемого уровня мощности ρ = 0,005<β. В условиях стационарной работы реактора коэффициент размножения нейтронов должен равняться 1, а реактивность оставаться ρ = 0. В течении кампании регулирующие стержни поднимают компенсируя снижение коэффициента размножения, за счет выгорания топлива, температурных эффектов и отравления на величину . После окончания кампании процессы идут в обратном порядке.