Семенов В.К. Кинетика и регулирование ядерных реакторов
Подождите немного. Документ загружается.
131
α
n
l
Рис.5.2. Градуировочная кривая реактора
По построенной зависимости
)H(f=ρ
можно найти
положение стержня, соответствующее критическому
состоянию.
При небольшом перемещении стержня зависимость
)H(f=ρ
можно считать линейной (рис.5.3).
ρ
Рис.5.3. Зависимость реактивности от глубины погружения стержня
Градуировка по периоду – основной способ, который
позволяет определить дифференциальную и
интегральную характеристики поглотителя в абсолютных
единицах. Недостатки метода:
1) невозможность в результате одного опыта
определить большую реактивность (ρ < 0,002, Т > 15 с);
2)
большая затрата времени на одно изменение;
3) потенциальная опасность измерений, т.к. реактор
находится в надкритическом состоянии.
132
5.3. Градуировка по периоду разгона с большим
источником нейтронов
В ЯР с большим источником нейтронов
(фотонейтронные реакции на Ве, D
2
O и пр.) последний
оказывает существенное влияние на точность градуировки
по периоду. Влияние источника особенно существенно на
малых мощностях. На больших мощностях действием
источника пренебречь можно, но в этой области на
скорость изменения мощности будут влиять мощностной,
температурный и другие эффекты.
Кинетика надкритического реактора с источником
описывается уравнением
qN
k
dt
dN
эф
+
τ
−
=
1
, (5.7)
решение которого имеет вид
)e(
N
eN)t(N
T/t
под
ист
T/t
o
1−
ρ
+= . (5.8)
Введя обозначение
под
под
ист
N
N
=
ρ
, уравнение (5.9)
перепишем в виде
T
t
NN
N)t(N
n)t(y n
подo
под
=
+
+
= ll
. (5.10)
Для построения полученной зависимости нужно
знать N(t),
под
N и
o
N
. Принята следующая методика
определения указанных величин.
1. Методом обратного счета определяют критическое
положение градуируемого стержня. С помощью других
стержней его устанавливают в линейной части
характеристики.
2. Зная
кр
H
стержня, его опускают на
H
∆
ниже
критического уровня (по предварительной оценке
<
ρ
∆
0,001) и измеряют
под
N
.
133
3. После этого поднимают стержень на величину
H
∆
2
, делая реактор надкритичным на величину
ρ
∆
, и
находят зависимость N(t). Затем строится график y(t), из
которого определяют период Т и по нему − истинное
значение ρ, соответствующее перемещению
H
∆
.
5.4. Градуировка в подкритическом реакторе
Предыдущий метод позволяет определить
эффективность регулятора в абсолютных единицах при
небольшом перемещении. Измерение полной
эффективности основывается на стационарном решении
для подкритического реактора:
под
ист
под
N
N
ρ
= .
Градуируемый стержень устанавливают в крайнее верхнее
положение:
под
ист
под
N
N
ρ
= .
После погружения стержня на величину
1
H∆
мощность уменьшится до уровня
под1
ист
под
ист
под1
NN
N
ρ
=
δρ+ρ
=
. (5.11)
Перемещая регулятор шагами
i
H∆
до необходимого
нижнего положения, получают набор
1
δρ
и
i
H∆
:
под1под
под1подист
подпод1
NN
)NN(N
−
=ρ−ρ=δρ
1
,
i под1-i под
i под1-i подист
i
NN
)NN(N
−
=δρ
. (5.12)
Формула (5.12) позволяет построить зависимость
)H(
ρ
в относительных единицах, т.к. величина
ист
N
остается неопределенной. Зная дифференциальную
характеристику поглотителя на небольшом участке,
переводят относительные единицы в абсолютные.
134
5.5. Метод сравнения (компенсации)
Этот метод позволяет градуировать любой регулятор
путем сравнения эго эффективности с эффективностью
эталонного стержня. Одним стержнем изменяется
реактивность, а другие это изменение компенсируют, так
что
эт
изм
ρ
∆
=
ρ
∆
, (5.13)
эт
э
э
изм
изм
изм
H
H
H
H
∆
∆
ρ∆
=∆
∆
ρ∆
. (5.14)
Градуировку можно проводить в критическом и
подкритическом реакторах, но во втором случае трудно
добиться одного и того же значения мощности до и после
перемещения стержней. Этот метод позволяет найти
физический вес любого стержня при условии
этизм
ρ≤ρ∆
.
Недостаток метода – интерференция стержней. Поэтому
нужно выбирать такое расстояние между ними, чтобы
можно было исключить взаимное влияние. Обычно этим
методом определяют физический вес АР и АЗ, используя
в качестве эталона стержни КС.
5.6. Метод скачка плотности нейтронов
Метод основан на том, что при скачкообразном
уменьшении реактивности мощность, обусловленная
мгновенными нейтронами, уменьшается с уровня N
1
и N
2
на величину
N
∆
:
)t
|)|(
exp(
||
||
N)
|)|(
t||
exp(
||
N
)t(N
o
зап
o
τ
ρ+β
−
ρ+β
ρ
−
τρ+β
ρ
ρ+β
β
= .
(5.15)
||
||
NN
ρ+β
ρ
=∆
или
2
21
N
)NN(
эф
погл
−
β
=ρ
, (5.16)
где
1
NN
o
=
,
21
NNN =∆−
.
Чем быстрее вводится стержень, тем точнее
фиксируется N
2
после скачка на мгновенных нейтронах и
135
тем точнее измерение ρ. Определение мощности после
сброса стержня наиболее точно осуществить методами
осциллографирования. Обычно этот метод используется
при взвешивании стержней АЗ, для которых нужно знать
только их физический вес. Он не применим для
построения дифференциальной и интегральной
характеристик.
5.7. Построение дифференциальной
и интегральной характеристик
Дифференциальная характеристика стержня – это
зависимость величины
dH
dρ
поглотителя от его положения
по высоте зоны )H(f
dH
d
=
ρ
.
Если стержень легкий )c 15T ,,(
>
≤
ρ
0020 , то его
дифференциальную характеристику строят следующим
образом. Стержень устанавливают в крайнее нижнее
положение. С помощью других стержней реактор делают
критическим. Вспомогательный стержень, находящийся в
крайнем верхнем положении, вводят на глубину,
превышающую по эффективности физический вес
градуируемого стержня. Поднимают градуируемый
стержень на 0,1
макс
H
, реактор подкритичен. Поднимают
вспомогательный стержень в крайнее верхнее положение,
определяют период реактора и опускают вспомогательный
стержень, т.е. глушат реактор. По периоду определяют
1
ρ
и
HdH
d
∆
ρ
=
ρ
1
на высоте
2
1
H
∆
. Далее все повторяют.
Если 0020
,
≥
ρ
, то после подъема стержня на высоту,
соответствующую минимально допустимому периоду, с
помощью других стержней реактор нужно сделать
критичным и далее действовать описанным выше
способом.
136
Дифференциальную характеристику КС построить
таким способом нельзя. Дифференциальную
характеристику всех КС можно построить в процессе
загрузки зоны.
1. После набора критического числа ТК в зону
опускают все находившиеся до этого в крайнем верхнем
положении КС на глубину
1
H∆
, которая по расчетным
оценкам должна превышать положительную ρ, вносимую
очередной порцией ТК.
2. Далее загружают ТК и поднимают КС до получения
периода Т
2
= 80 с.
3. На следующем шаге вводят в зону легкий
поглотитель, чтобы вернуть показания приборов в
исходное состояние.
4. Поднимают КС в положение Н
2
, соответствующее
Т
2
~ 30 с.
5. Определяют Т
2
и опускают все КС в исходное
положение до измерения.
6. Находят ρ
1
и ρ
2
по периоду и рассчитывают
12
12
HHdH
d
−
ρ−ρ
=
ρ
в положении
2
21
HH +
. Аналогичным образом
получают следующую точку дифференциальной
характеристики вплоть до полной загрузки ТК.
Дальнейшие измерения проводят в подкритическом
реакторе.
Полученная характеристика имеет неодинаковую
точность по высоте. Наибольшая точность при полной
загрузке, а наименьшая – при верхнем положении, когда
загрузка мала. В процессе кампании по мере выгорания
топлива характеристику необходимо уточнять.
Для компенсации ксеноновых волн используют
короткие стержни. При погружении однородного стержня в
зону, когда его центр проходит через максимум
нейтронного потока
dH
dρ
, меняет знак (рис.5.4). Эта точка
называется точкой опрокидывания.
137
H
Ф,
dH
ρ
d
Ф
dH
ρ
d
Рис.5.4. Зависимость Ф и
dH
dρ
от глубины погружения стержня
Если стержни предназначены для компенсации
зап
ρ
,
то перемещать их ниже точки опрокидывания нельзя, т.к. в
противном случае будет высвобождена лишняя
реактивность. Для предотвращения этого устанавливают
специальные механические и электрические
ограничители.
Интегральная характеристика представляет собой
зависимость суммарной эффективности погруженной
части поглотителя от его положения по высоте зоны. Для
тяжелого поглотителя интегральная характеристика
рассчитывается на основе дифференциальной
характеристики.
Интегральную характеристику легкого стержня можно
построить непосредственно, измеряя период реактора в
различных положениях стержня по мере его подъема из
критического положения. При этом для приведения
реактора после каждого замера в подкритическое
состояние используют вспомогательный стержень.
Безопасно и быстро интегральную кривую легкого стержня
можно получить методом компенсации с
отградуированным тяжелым поглотителем.
138
5.8. Определение температурного и мощностного
эффектов и коэффициентов реактивности
После полной загрузки ЯР исследуют его поведение
в условиях разогрева и изменения мощности, когда при
переходном процессе изменяется реактивность. Эти
изменения обусловлены изменением температуры
теплоносителя-замедлителя, топлива, давления в контуре,
отравления ксеноном и т.д. Полностью разделить эти
эффекты невозможно. Изменение реактивности можно
представить следующим уравнением:
...P
P
T
T
N
N
XeКС
+ρ∆+∆
∂
ρ∂
+∆
∂
ρ∂
+∆
∂
ρ∂
=ρ∆ ,
где
КС
ρ∆
– суммарное изменение ρ, скомпенсированное
перемещением КС.
Определение ТЭР, т.е. зависимости ρ от средней
температуры теплоносителя, производят следующим
образом.
1. Выводят реактор на МКУ при T = 20÷40 ºС.
2. Производят нагрев теплоносителя-замедлителя от
постороннего источника (пропуская пар через ПГ от
постороннего источника или используя потери энергии в
ГЦН).
3. Изменения ρ при росте температуры
компенсируют перемещением отградуированного КС,
снимая зависимость )T(fH
крит
КС
= . Имея интегральную и
дифференциальную характеристики КС, строят кривую
)T(f
Т
=ρ∆ .
4. Для учета влияния температуры на физический
вес КС во время разогрева при различных температурах
методом разгона определяют дифференциальную
эффективность КС. Эти данные используют при
построении кривой температурного эффекта ТКР.
dT
d
Т
ρ
=α определяют по кривой температурного эффекта
139
при небольших изменениях
T
∆
, когда зависимость
)T(f=ρ
линейна.
Мощностной эффект реактивности измеряют при
быстром переходе с одного уровня мощности на другой и
поддержании остальных параметров постоянными.
Изменение ρ компенсируют отградуированным
поглотителем, например АР, по дифференциальной
характеристике которого и определяют
АР
ρ∆
. При этом
∑
ρ∆−ρ∆=ρ∆
i
iАРN
,
где
i
ρ∆
− сопутствующие изменения β вследствие
температурного эффекта, барометрического и пр.
На всех уровнях изменения
N
ρ∆
определяют
мощностной коэффициент реактивности:
N
N
Т
∂
ρ∂
=α .
5.9. Определение отравления ксеноном
Для уточнения кривых стационарного и
нестационарного отравления нужно построить 2−3 кривые
установления
Xe o
ρ для различных значений мощности,
одну, две кривые йодной ямы
и
.
я
.
ρ при снижении
мощности и после остановки реактора. Следует также
построить кривую
Xe
ρ при увеличении мощности.
Сравнивая полученные кривые с расчетными методами
экстраполяции, вносят поправки для всех остальных
мощностей.
Стационарное отравление Xe и скорость его
установления проверяют следующим образом.
1. Реактор находится на МКУ, теплоноситель
разогрет до рабочей температуры.
2.
Записывают все параметры ЯР, и прежде всего
крит
H .
140
3. Выводят ЯР на необходимую мощность и
работают в стационарном режиме 40−50 ч до
установления равновесной концентрации I и Xe.
Изменение ρ компенсируют группой КС, записывая
каждый час их положение.
4. На основе зависимости )t(fH
крит
КС
= и
дифференциальной характеристики КС строят
зависимость
)t(f=ρ
для данной мощности. При этом
вносят поправку на мощностной, температурный и другие
эффекты.
...)t(N
N
dH
z
)t(
H
H
КС
Xe
−∆
∂
ρ∂
−
∂
ρ∂
=ρ
∫
1
2
.
Методика определения йодной ямы при переходе с
одной мощности на другую аналогична определению
стационарного отравления.
1. ЯР, проработавший 40÷50 ч на стационарном
уровне мощности N
1
, быстро переводят на уровень N
2
и
поддерживают в критическом состоянии перемещением
КС, снимая зависимость )t(fH
кр
КС
= в течение 30÷40 ч.
2. Используя дифференциальную характеристику КС,
строят кривую нестационарного отравления ксеноном.
Определение йодной ямы после остановки реактора
проводится следующим образом.
1. Мощность снижают до МКУ и поддерживают на
этом уровне с помощью КС до полного разотравления
реактора.
2. Определяют момент, когда КС после перемещения
вверх снова возвращается в исходное положение (с
поправкой на мощностной и температурный эффекты). В
этот момент заканчивается йодная яма.
3. Дальнейшее опускание КС компенсирует
разотравление, соответствующее предыдущему
стационарному отравлению.