Особенности нейтронно-физических характеристик реакторов ВВЭР

1. Физической особенностью ВВЭР, во многом определяющей нейтронно-физические характеристики реакторов этого типа, является тесная решетка твэлов. В тесной решетке твэлы расположены настолько близко друг от друга, что нейтрон, вылетевший из топлива, с довольно большой вероятностью может испытать первое соударение в соседних топливных блоках.

Применение в ВВЭР тесной решетки − неизбежное следствие использования в качестве замедлителя воды.

2. Теснота, в свою очередь, приводит к тому, что максимум спектра нейтронов смещается в область более высоких энергий.

3. Жесткость спектра нейтронов в ВВЭР приводит к достаточно большой доле делений 238U.

4. Относительно велика вероятность для нейтрона резонансных энергий, вылетающего из блока, испытать первое столкновение в одном из соседних блоков.

5. Перекрестный эффект (Q₀₀>P₀₀), взаимное «затенение» блоков для нейтронов резонансных энергий (шаг решетки твэлов примерно в 2 раза меньше длины свободного пробега до рассеяния резонансных нейтронов в воде; рост вероятности избежать резонансного захвата ϕ, но в тесных решетках ϕ растет с вынужденным уменьшением диаметра топливного блока до 7-9 мм при 25-30 мм в разреженных решетках);

6. Сечение поглощения в ячейке всегда значительно больше сечения поглощения чистой воды, потому для ВВЭР характерны малые значения длин замедления и диффузии тепловых нейтронов в решетке. Вследствие этого при нарушениях однородности решетки (водяные зазоры между кассетами; трубки, заполненные водой и т.д.) наблюдается всплеск потока тепловых нейтронов, что приводит к деформации распределения энерговыделения. Это особенно важно учитывать при компоновке активной зоны и перестановках ТВС при перегрузках.

7. Большой диапазон изменения температурного, плотностного и мощностного эффектов реактивности в процессах разогрева реактора и вывода его на мощность.

8. Большой начальный запас реактивности (∆ρ≈20%, из-за малости коэффициента воспроизводства топлива изначальная загрузка 30-40 критмасс топлива).

9. Динамическая устойчивость и безопасность эксплуатации.

10. Появление в реакторе локальных критических масс (многозонность).

11. Поведение активной зоны реактора при стационарных и переходных режимах работы определяется коэффициентами реактивности, которые изменяются в процессе работы реактора и в зависимости от состояния реактора. Для реактора ВВЭР характерен большой диапазон изменения температурного, плотностного и мощностного эффектов реактивности в процессах разогрева реактора и вывода его на мощность. Это объясняется сильной зависимостью плотности воды от температуры. Результаты расчетов показывают, что на протяжении всей кампании во всех возможных режимах работы на мощности обеспечивается отрицательный коэффициент реактивности по мощности и температуре замедлителя.

Коэффициенты реактивности рассчитываются для различных состояний реактора:

• холодное (температура теплоносителя и топлива равна 20 °С);

• горячее (температура теплоносителя и топлива равна 306 °С, отравления нет);

• рабочее (средняя температура теплоносителя равна 306 °С, температура топлива соответствует номинальной мощности, отравление стационарное).