Главная >> Лекции по ядерной физике >> Коэффициент использования тепловых нейтронов

7.2.6. Зависимости величины θ от определяющих ее факторов

а. Обогащение топлива. С увеличением обогащения топлива (х) в нём возрастает концентрация ядер ²³⁵U, а, следовательно, возрастает и доля поглощаемых ядрами ²³⁵U тепловых нейтронов, т.е. величинаq. Это спра­ведливо и для гомогенных, и для гетерогенных реакторов.

х­ ↑→ N₅­ ↑→  θ ↑

б. Соотношение количеств ядер урана и замедлителя в ячейке. Это соотношение в общем случае равно:

u = N_uV_u / N_зV_з,                                                     (7.2.30)

а в частностях называется уран-водным отношением (для реакторов с водным замедлителем) или уран-графитовым отношением (применительно к реакторам с графитовым замедлителем).
Чем выше величина u, тем выше число ядер урана в ячейке, и (при не­изменном обогащении топлива) - выше и количество ядер ²³⁵U, а, значит, выше величина доли поглощаемых ядрами ²³⁵U тепловых нейтронов, т.е.θ.

u­↑→ N_uV_u­ ↑→ N₅V_u­ ®  θ↑

в. Момент кампании активной зоны. В процессе кампании активной зоны энергетического реактора основное топливо в ней (²³⁵U) выгорает, уступая место образующимся при делении осколкам деления, которые в по­следующем бесполезно поглощают тепловые нейтроны. Из этого можно было бы заключить, что величина q в процессе кампании должна непрерывно па­дать, несмотря на получаемую в процессе кампании прибавку величины q за счёт накопления в работающем реакторе вторичного топлива (²³⁹Pu).

Но это не так, поскольку для обеспечения постоянного критического режима работы реактора из активной зоны его непрерывно удаляются штат­ные регулирующие поглотители, идёт непрерывный процесс одновременного выгорания самовыгорающих поглотителей (СВП), осуществляется регулярное удаление из теплоносителя жидкого поглотителя (борной кислоты), - так что величина q в процессе кампании поддерживается практически неизменной в силу необходимости поддержания состояния критичности реактора.

г. Температура в активной зоне. Средние температуры топлива и за­медлителя в работающем на мощности энергетическом реакторе (независимо от его типа) всегда взаимосвязаны, и (по крайней мере, при постоянном расходе теплоносителя через активную зону реактора) характер этой вза­имосвязи - прямой: чем выше уровень мощности реактора, тем выше сред­няя температура топлива в твэлах и тем выше средняя температура замед­лителя в нём. Но так бывает не всегда: например, в ВВЭР, работающем по программе с постоянной средней температурой теплоносителя, увеличение тепловой мощности реактора, хотя и получается за счёт увеличения средней температуры топливной композиции в твэлах реактора, но практически не влияет на величину средней температуры воды в его активной зоне.

Влияние температуры топлива на величину q прослеживается через её влияние на характеристику внутреннего блок-эффекта в твэлах реактора - величину коэффициента экранировки F. Если температура топливной компо­зиции в твэлах возрастает, то в топливной композиции (как в любом дру­гом веществе) увеличивается длина диффузии тепловых нейтронов. Это оз­начает, что поступающие из замедлителя тепловые нейтроны имеют возмож­ность глубже проникать внутрь топливной композиции, за счёт чего ради­альное распределение плотности потока тепловых нейтронов внутри твэла выравнивается, из-за чего среднерадиальное значение плотности потока тепловых нейтронов в твэле Ф_срт приближается к максимальному его зна­чению на поверхности топливной композиции. Величина коэффициента экра­нировки F = Ф_п/Ф_срт при этом уменьшается, а величина коэффициента ис­пользования тепловых нейтронов q - растёт, поскольку твэл начинает бо­лее эффективно поглощать тепловые нейтроны всем своим объёмом, поглощение идет с большей скоростью, так как поглощение тепловых нейтронов происходит при более высоком значении средней плотности потока тепловых нейтронов в твэле.

Второй канал влияния температуры на величину q, хотя и не столь существенный, но все же заметный, - через температурное влияние на ха­рактеристику внешнего блок-эффекта - величину относительного избыточ­ного поглощения тепловых нейтронов в замедлителе каждой ячейки. Увели­чение температуры замедлителя приводит к увеличению длины диффузии те­пловых нейтронов в нём, также влекущему за собой радиальное выравнива­ние распределения Ф(r) в замедлителе ячейки, что приводит к уменьшению относительного избыточного поглощения тепловых нейтронов в замедлителе ячейки (E), отчего величина коэффициента использования тепловых нейт­ронов в каждой ячейке (и во всем реакторе) возрастает.

Таким образом, с возрастанием температуры в активной зоне величи­на q однозначно растет, давая положительный вклад в величину темпера­турного эффекта реактивности реактора.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: