Основные способы воздействия на реактивность. Виды регулирующих стержней.

Управление реактивостью реактора осуществляется изменением эффективного коэффициента размножения нейтронов. Оно происходит:

· за счет изменения скорости производства нейтронов;

· за счет поглощения нейтронов;

· за счет утечки нейтронов.

Скорость производства нейтронов можно регулировать, изменяя количество ядер горючего в активной зоне реактора.

Скорость поглощения можно регулировать изменением количеством находящихся в активной зоне ядер элементов с большим сечением поглощения нейтронов.

Скорость утечки регулируется эффективностью отражателя.

Первый способ. Заключается в создании регулирующего органа, состоящего как из топлива, так и из поглотителя нейтронов. При использовании такого РО выведение поглотителя из АЗ сопровождается одновременным вводом топлива и наоборот. Такой способ имеет большой минус, так как он связан с необходимостью перемещения ТВС, которые являются наиболее ответственными элементами АЗ. Возникает необходимость перемещения в больших реакторах значительных по массе конструкционных элементов, что приводит к большим динамическим нагрузкам. Поэтому этот способ применяется крайне редко.

Третий способ. Может быть применен для реакторов с небольшими АЗ. Утечки нейтронов в таких реакторах очень большие и изменение их путем перемещения отражателя приводит к большому изменению реактивности. Этот способ широко применяется в исследовательских реакторах и реакторах на ядерных ракетных двигателях.

Второй способ. Используется наиболее широко. Используются твердые, жидкие и газообразные материалы с большим сечением поглощения нейтронов.

В энергетических реакторах в качестве механических РО используются стержни или пластины, содержащие поглотители нейтронов. На БН-600 применяется перемещение топливной сборки по высоте, благодаря чему можно вводить горючее в АЗ. Некоторые ИО – комбинированные, они содержат и топливо, и поглотитель. Перемещение такого РО увеличивает количество топлива и уменьшает количество теплоносителя одновременно, что увеличивает воздействие на реактивность.

Реактивность, то есть изменение коэффициента размножения, которая вносится в реактор при перемещении ИО из одного крайнего положения в другое, называетсяэффективностью ИО или весом ИО. ИО расположены вертикально, чтобы при освобождении они могли перемещаться под действием силы тяжести. При верхнем расположении топливо должно выводиться из АЗ, а поглотитель вводиться. Это приводит к уменьшению . При движении ИО вдоль оси АЗ реактивность, которая вносится при перемещении его на 1 см, неодинакова и зависит от измен реактивности в реакторе. Обычно быстрее изменяется реактивность при перемещени ИО вблизи средней плоскости реактора. Для сигнализации положен ИО устанавливаются путевые и концевые выключатели. Обычно установлены 5 выключателей: нкв, нпв, спв, впв, вкв. Эти сигналы от выключателей используются в системах автоматики.

 

Реактивность, вносимая ИО в единицу времени называется скоростной эффективностью (или реактивностью).

Где - максимальная скорость перемещения ИО.

При движении ИО с постоянной скоростью его скоростная эффективность не постоянна.

Усилие, необходимое для перемещения ИО создается электромеханическим, пневматическим или гидравлическим приводом.

По назначению ИО делятся на аварийные, компенсирующие и регулирующие. Поглотители аварийных ИО находятся не в активной зоне. Запас реактивности должен быть достаточным для погашения цепной реакции деления. Компенсирующие ИО при извлечении из активной зоны увеличивают реактивность, которая теряется в медленно протекающих процессах (выгорание топлива, накопление продуктов деления). Эти же органы компенсируют мощностные и температурные эффекты реактивности, возникающие при изменении мощности. Регулирующие ИО используются для компенсации быстрых изменений реактивности и вывода реактора на требуемый уровень мощности.

Органы управления реакторов ВВЭР выполняют все три функции.

Конструкции ИО определяются конструкцией реактора. В реакторах РБМК ИО располагаются в сухих каналах, герметизированных относительно теплоносителя. Охлаждаются они газом (гелий, азот) под небольшим давлением.

В ВВЭР ИО перемещаются непосредственно в теплоносителе.

Конструктивное вытеснение ТВЭЛов:

При перемещении такой кассеты часть топлива выведена за пределы активной зоны. Основным недостатком такой конструкции является большой вес (200 – 300 кг) и большие тяговые усилия приводов. Также требуется расстояние под активной зоной.

КОНСТРУКЦИЯ РО:

Применяются стержни различных сечений, которые располагаются или внутри топливной кассеты, или снаружи.

В реакторах ВВЭР-440 поглащающие стрержни располагаются между топливными кассетами шестигранной или четырехгранной формы.

Применение стержней, расположенных между топливными кассетами, приводит к ухудшению нейтронного поля внутри реактора, поскольку в местах их расположения оно резко падает.

Лучший результат дает применение кластеров (тонких поглащающих элементов), которые расположены внутри топливной кассеты и перемещаются одним приводом. В случае большого числа кассет с кластерами неравномерность поля реактора получается значительно меньше, так как уменьшается масштаб возмущений. В кассете вместо части ТВЭЛов проходят кластеры.

Конструкция ИО и их приводов д. удовлетворять треб-ям яд. безопасности, т. е. исключать возм-сть неконтролир. разгона р-ра. Д. быть исключена возможность ввода положительной реактивности с помощью регулирующих или компенсирующих ИО; если органы аварийной защиты не взведены, то положительной реактивности вносить нельзя.

Скорость введения полож. р-сти ИО при его движ. с макс. скоростью не д. превыш. в сек. Если же она превышает , то при ручн. упр-ии введение доп. р-сти д. б. пошаговым с величиной шага не более . Шаговое движение уменьшает вероятность ввода избыточной реактивности.

Назначение регулирующих органов. Эффективность перемещения регулирующего органа. Требования к исполнительным органам.

Реактивность, вносимая ИО в единицу времени называется скоростной эффективностью.

Где - максимальная скорость перемещения ИО.

При движении ИО с постоянной скоростью его скоростная эффективность не постоянна.

Усилие, необходимое для перемещения ИО создается электромеханическим, пневматическим или гидравлическим приводом.

По назнач. ИО делятся на аварийные, компенсирующие и регулирующие. Погл-ли ав. ИО нах. не в а. з. Запас реактивности должен быть достаточным для погашения цепной реакции деления. Компенсирующие ИО при извлечении из активной зоны увеличивают реактивность, которая теряется в медленно протекающих процессах (выгорание топлива, накопление продуктов деления). Эти же органы компенсируют мощностные и температурные эффекты реактивности, возникающие при изменении мощности. Регулирующие ИО используются для компенсации быстрых изменений реактивности и вывода реактора на требуемый уровень мощности.

Органы управления реакторов ВВЭР выполняют все три функции.

Конструкции ИО определяются конструкцией реактора. В реакторах РБМК ИО располагаются в сухих каналах, герметизированных относительно теплоносителя. Охлаждаются они газом (гелий, азот) под небольшим давлением.

В ВВЭР ИО перемещаются непосредственно в теплоносителе.

Конструктивное вытеснение ТВЭЛов:

При перемещении такой кассеты часть топлива выведена за пределы активной зоны. Основным недостатком такой конструкции является большой вес (200 – 300 кг) и большие тяговые усилия приводов. Также требуется расстояние под активной зоной.

КОНСТРУКЦИЯ РО:

Применяются стержни различных сечений, которые располагаются или внутри топливной кассеты, или снаружи.

В реакторах ВВЭР-440 поглащающие стрержни располагаются между топливными кассетами шестигранной или четырехгранной формы.

Применение стержней, расположенных между топливными кассетами, приводит к ухудшению нейтронного поля внутри реактора, поскольку в местах их расположения оно резко падает.

Лучший результат дает применение кластеров (тонких поглащающих элементов), которые расположены внутри топливной кассеты и перемещаются одним приводом. В случае большого числа кассет с кластерами неравномерность поля реактора получается значительно меньше, так как уменьшается масштаб возмущений. В кассете вместо части ТВЭЛов проходят кластеры.

Кроме изменения общей мощности реактора ИО выполняется еще одна задача пространственного выравнивания поля энерговыделения. Неравномерность приводит к местным перегревам ТВЭЛов, неравномерному выгоранию топлива и ухудшает коэффициент использования топлива. Все это снижает безопасность реактора и ухудшает экономические показатели. Различают выравнивание по радиусу и по высоте реактора.

Выравнивание по радиусу производится теми же органами, что и изменение общей мощности реактора. При этом органы, содержащие поглотитель, вводятся в те части сечения реактора, где повышается тепловыделение над средним. А оттуда, где тепловыделение ниже среднего, поглотитель выводится.

Выравнивание по высоте осуществляется с помощью укороченных стержней поглощения. При отсутствии перекосов по высоте все УСП находятся вне активной зоны. Основная причина неравномерности энергораспределения по высоте – пространственные колебания мощности, связанные с периодическими перераспределениями по объему активной зоны концентрации ксенона и наличием обратных связей между этой концентрацией и мощностью реактора.

Конструкция ИО и их приводов должна удовлетворять требованиям ядерной безопасности, то есть исключать возможность неконтролируемого разгона реатора. Должна быть исключена возможность ввода положительной реактивности с помощью регулирующих или компенсирующих ИО; если органы аварийной защиты не взведены, то положительной реактивности вносить нельзя.

Скорость введения положительной реактивности ИО при его движении с максимальной скоростью не должна превышать в секунду. Если же она превышает , то при ручном управлении введение дополнительной реактивности должно быть пошаговым с величиной шага не более . Шаговое движение уменьшает вероятность ввода избыточной реактивности.

При наличии в р-ах разнородных ИО д. б. организовано взаимод-е между ними. Такое взаимод. осущ-ся с пом. путевых выключателей ПВ. Если в процессе работы РО достигают верх. ПВ (ВПВ), то ВПВ включает компенсир. орган на движение вверх. Дв-ие вверх КО вызывает увеличение мощности, к-рое воспр-ся рег-ом, заставляющим двигаться РО вниз. При достиж. РО ср. ПВ движение прекратится. При достиж. РО НПВ все наоборот. В рез-те таких манипуляций РО нах.в зоне своей макс. эфф-сти. В р-х БН-600 упр-ие осущ. рег-щими стержнями РС, компенсир. пакетом КП, центр. темп-ным компенсатором ЦТК, стержнями ав. защиты САЗ. РС, ЦТК и САЗ содержат погл-ль. Присутствие большого кол-ва погл-ля снижает коэфф. воспр-ва горючего, поэтому при работе на мощности САЗ и ЦТК выводятся из АЗ, а компенсация эффектов р-сти производится перемещением КП, который содержит горючее. Управление ЦТК и КП пр-ся след. образом: при достиж. РС одного из ПВ производится авт. перемещ. ЦТК до тех пор, пока РС не возвр. на СПВ. В совр. р-рах ВВЭР все ИО унифицированы, поэтому в них не возник. взаимод-е различных ИМ, но возникает задача авт. передачи управления от одной гр. к другой, что достигается с пом. ВПВ и НПВ. СПВ в ВВЭР-1000 нет. Рег-е осущ. группами ИМ, и передача упр-я происх. по групповому сигналу ВПВ или НПВ. Сигнал формируется при достижении 3-4 ИМ верх. или нижн. положений. В промежутке между ВПВ и верхним концевым выключателем движутся две группы, в результате чего достигается равномерное введение эффективности при движении группы как в середине, так и вблизи ее краев.

29. Типовые схемы регулирования мощности реактора (по сигналу нейтронного потока).

1 – Ионизационная камера;

2 – усилитель тока аппаратуры контроля нейтронного потока (АКНП);

3 – сумматор;

4 – элемент сравнения (ЭС);

5 – регулятор;

6 – усилитель мощности на привод

или группу приводов;

7 – индивидуальный усилитель мощности; 8 – двигатель ИМ; 9 – исполнительный орган (регулирующий стержень);10 – схема, формирующая обратную связь.

 

Сигнал от ИК усиливается АКНП и через сумматор поступает в ЭС. В ЭС вырабатывается сигнал: .

Такая зависимость сигнала рассогласования от заданного значения необходима, так как коэффициент усиления передаточной функции реактора пропорционален мощности. Закон позволяет иметь коэффициент усиления разомкнутой системы объект-регулятор постоянным на всех уровнях мощности. Постоянство коэффициента усиления разомкнутой системы обеспечивает близкое к отрицательному качество переходных процессов. Сигнал вида может быть получен либо делением сигнала отклонения в задатчике на , либо подачей на задатчик сигнала логарифма тока ИК. При подаче при малых в задатчике вырабатывается сигнал:

Далее идет на регулятор, затем на усилитель, где усиливается до мощности, достаточной для управления двигателем ИМ. В зависимости от конструкции реактора регулятор может управлять одним или несколькими ИО. Для обеспечения требуемого закона регулирования, регулятор охватывается обратной связью. На вход блока ОС подается сигнал скорости перемещения ИО. Может также подаваться сигнал на выходе ИУМ или сигнал в промежуточной точке ИУМ. В современных системах РМ в ВВЭР усилитель мощности УМ заменяется трехпозиционным релейным элементом, который управляет двигателем постоянной скорости. В таких системах требуемый закон регулирования формируется в блоке 5, а цепочка ОС отсутствует.

Эта схема, которая использует ток ИК, не позволяет поддерживать мощность реактора с требуемой точностью. Поэтому необходимо применять регулирование по тепловым параметрам, которые зависят от мощности.