Выгорающие поглотители и их размещение
Выгорающие поглотители
Для компенсации избыточной реактивности часто используют выгорающий поглотитель (ВП), который в начале кампании компенсирует частично избыточную реактивность. По мере выгорания топлива выгорает и ВП. Используется бор в виде химических соединений B4C , ZrB2 и пр. с содержанием бора до 3%. ВП может вводиться в а.з. в жидком виде. Использование ВП позволяет свести к минимуму число подвижных ПС, оставив только ПС оперативного регулирования. ВП расходуется вместе с топливом, и его не нужно извлекать из а.з. При помощи ВП можно выровнять профиль энерговыделения. Его можно вводить отдельными блоками в виде самостоятельной решетки. Основные технологические и конструктивные проблемы связаны с необходимостью обеспечения высокой точности дозировки ВП. Кроме того, эффективное использование ВП возможно только в ЯР на ТН, поскольку только в этой области сечения различных нуклидов весьма сильно отличаются друг от друга. В области высоких энергий σ ~ R2 для всех нуклидов, необходимое же условие для поглотителя и топлива σпогл >> σтопл.
Гомогенное размещение выгорающего поглотителя
Полагая, что избыток топлива над критической массой выгорает, получим следующие уравнения для топлива и ВП:
(9.4.1) |
Так как ВП равномерно размешан, то Ф в топливе и ВП одинаковы. После интегрирования этих уравнений получим
(9.4.2) |
найдем непосредственную связь между ВП и топливом
Здесь
(9.4.3) |
Проанализируем полученное решение.
а) Если σU > σB , то с течением времени концентрация
ВП будет нарастать (топливо выгорает быстрее). Для поддержания ЯР в критическом состоянии потребуется в начале кампании ввести в зону подвижные ПС, которые по мере выгорания топлива должны подниматься. Чем медленнее выгорает ВП, тем больше потребуется ПС. Такой подход не приемлем.
б) Если σU < σB , то в этом случае показатель экспоненты отрицателен и с течением времени относительная доля ВП падает, а реактивность ЯР в начале кампании возрастает (см. рис. на след. слайде). В этом случае требуются дополнительные подвижные ПС для компенсации реактивности. В начале кампании они должны быть выведены из зоны, а весь избыток реактивности должен быть скомпенсирован ВП. По мере выгорания избытка топлива над критической массой кривая реактивности проходит через максимум, а затем уменьшается. К концу кампании выгорает избыток топлива и дополнительные ПС должны быть выведены из зоны.
Рис. Зависимость реактивности от времени
Дополнительное количество ПС определяется выбегом реактивности. Если окажется, что эффективность дополнительных ПС будет меньше выбега реактивности, то ЯР в соответствующий момент может уйти в неуправляемый разгон и его нельзя будет остановить.
с) σBП=σU. Это идеальный случай, т.к. топливо и ВП выгорают синхронно и дополнительные ПС не требуются. Обычно за кампанию выгорают 30¸40% первоначально загруженного топлива, поэтому в конце кампании остается невыгоревший ВП. Поэтому всегда выбирают σBП>σU , смиряясь с неизбежным положительным выбегом реактивности. В качестве ВП используют те же элементы, что и для ПС: бор, европий, гадолиний и др. Метод гомогенного размещения не гибкий, и в ходе работы ЯР изменить что-либо трудно, поэтому он не получил большого распространения.
Блочное расположение выгорающего поглотителя
ВП вводится в отдельные блоки вне топлива и образует самостоятельную решетку. В этом случае в блоке ВП имеет место провал нейтронного потока. Вследствие сильной самоэкранировки выгорает поверхностный слой ВП и эффективность ВП во времени практически остается постоянной. По мере выгорания поверхностного слоя средний поток в ВП растет, а значит, растет скорость выгорания. Начиная с некоторого момента выгорание ВП происходит настолько быстро, что kэф возрастает. Далее все происходит так же, как и для гомогенного ВП.
Найдем связь между количеством ВП и избытком топлива. Изменение концентраций избытка топлива и ВП будет определяться выражениями
При этом распределение нейтронного потока вблизи ВП имеет следующий вид
Рис. Зависимость kэф от времени: 1 – гомогенный ВП;
2 – гетерогенный ВП.
Рис. Распределение Ф(r): 1 – начало кампании с ВП; 2 – распределение Ф(r) без ВП
Здесь кривая 2 показывает распределение нейтронного потока без ВП, кривая 1 показывает распределение Ф(r) в начале кампании. По мере выгорания ВП распределение 1 будет приближаться к распределению 2. Величину
называют коэффициентом экранирования (блокировки).
Рис. Выбег реактивности при гетерогенном размещении ВП
Дата добавления: 2021-05-28; просмотров: 479;