Безопасности уран-водных решеток при изменениях плотности воды. Оптимальное водно-топливное отношение

На рис. показано качественное изменение коэффициента размножения от водо-уранового отношения для реактора ВВЭР [2].

Зависимость коэффициента размножения нейтронов от водно-уранового отношения топливной решетки

Потери нейтронов в воде в сильной степени определяются отношением объема, занимаемого водой, к объему, занимаемому ураном: V_Н2О/V_u. Анализ этого отношения для действующих ВВЭР показывает, что в отношении физических характеристик оно не оптимально и может быть уменьшено с соответствующим уменьшением потерь нейтронов. Водный зазор выбирают в основном по теплотехническим соображениям, в силу необходимости обеспечения механической прочности и достаточного расхода воды для отвода тепла от твэлов. При повышении температуры теплоносителя водно-урановое отношение уменьшается, при этом коэффициент размножения нейтронов может или увеличиваться, или уменьшаться в зависимости от диапазона изменения водно-уранового отношения. Если значения водно-уранового отношения при разогреве реактора лежат в диапазоне АC, то коэффициент размножения уменьшается с В до D, а если в диапазоне А'С', то увеличивается с B' до D'. Для обеспечения безопасной работы и саморегулируемости ВВЭР уменьшение выбранного водно-уранового отношения при разогреве активной зоны должно сопровождаться уменьшением К_эфф, т.е. значение водно-уранового отношения должно лежать в области отрицательного температурного коэффициента реактивности.

При наличии борной кислоты в теплоносителе характер зависимости К_эфф от водно-уранового отношения меняется, а именно максимальное значение К_эфф смещается в сторону меньших значений водно-уранового отношения и при определенной концентрации борной кислоты выбранный рабочий диапазон изменений этого отношения может перейти в область положительного температурного коэффициента реактивности. Кривая II качественно иллюстрирует этот эффект. Если при отсутствии борной кислоты с уменьшением водно-уранового отношения от А к С К_эфф уменьшается от В к D, то при наличии борной кислоты в воде коэффициент размножения увеличивается от В' к D".

Таким образом, водно-уранового отношение для активной зоны ВВЭР выбирают из условия обеспечения устойчивого уменьшения К_эфф при увеличении температуры воды во всех эксплуатационных режимах (левее точки D").