Теория ядерных реакторов - Белл Д.
Скачать (прямая ссылка):
С точки зрения безопасности реактора желательно, чтобы система имела большой (отрицательный) коэффициент реактивности по энергии. Так как рост температуры, грубо говоря, связан с общим количеством выделяющейся энергии, то большой отрицательный температурный коэффициент реактивности уменьшает последствия скачков реактивности.
Полученные результаты можно применить при определенных условиях к случаю роста реактивности с постоянной скоростью. Если система является надкритической на мгновенных нейтронах, то ее поведение, прежде чем станет заметной по величине обратная связь по реактивности, подобно поведению при скачкообразном изменении реактивности [69].
9.6.2. ИМПУЛЬСНЫЙ БЫСТРЫЙ РЕАКТОР
Модель, описанная выше, обладает тем преимуществом, что имеет лишь два параметра, а именно а0 = р'/А и b = у/А. Вследствие своей простоты и ясного физического содержания она интенсивно использовалась для интерпретации экспериментов на импульсных реакторах [70]. Хорошим примером является «Годива II» — критическая сборка без отражателя с высокообогащенным (около 93,5%) урановым металлическим топливом. С помощью перемещаемых стержней из того же материала реактивность может быть скачкообразно увеличена на определенную величину, что приводит к всплеску мощности. Он ограничивается ростом температуры, в результате которого уменьшается плотность топлива из-за его расширения. Уменьшение при этом макроскопических сечений делает сборку подкритической за короткий отрезок времени. Мощность (или скорость делений) определяется в зависимости от времени с помощью детекторов нейтронов и у-излучения. Значение а0 рассчитывается из первоначальной скорости роста количества делений.
Результаты серии импульсных экспериментов на сборке «Годива II» показаны на рис. 9.19 для различных значений IZot0 — начальных периодов разгона реактора [71]. Время, за которое достигается максимум мощности, обратно
411
V:
Qj
О
§
3:
ч>
<Ъ
*4
P и е. 9.19. Результаты импульсных экспериментов на сборке «Годива II» [71].
пропорционально в некотором приближении значению а0, и величина максимума мощности, грубо говоря, пропорциональна а§, как следует из уравнений (9.87) и (9.88), Существует некоторое отклонение от теории при скачках реактивности со значением а0, большим 5 • IO4 сек"1 (I/Ct0. меньше 20 мксек). Этот случай рассмотрен ниже. Наблюдаемые импульсы мощности приближенно симметричны относительно максимума, за исключением больших времен, когда возрастает роль запаздывающих нейтронов.
Общее количество энергии, выделяющейся за время импульса, рассчитывается на основании роста температуры и по измеренной полной активности серы [(«, /^-реакция]. Результаты представлены в линейном масштабе на рис. 9.20 [721; кружками обозначены экспериментальные точки, а сплошная лиг ния (4Рмакс/а0) получена из уравнений (9.88), (9.89). Очевидно, что согласие между экспериментом и упрощенной теорией можно считать хорошим до значений а0 « 5 • IO4 сек_1. Расхождение для больших скачков объясняется эффектами инерции, которые замедляют расширение топлива. Другими словами, расширение и, следовательно, связанная с ним отрицательная обратная связь по реактивности отстают от температуры топлива. Это запаздывание по времени может быть существенным, если значение 1/а0 сравнимо (или меньше) со временем, которое требуется звуковой волне-для того, чтобы пересечь сборку. Следовательно, эффект инерции заметен, если первоначальный период реактора мал (менее 20 мксек для сборки «Годива II»).
Из-за наличия временного интервала между выделением энергии (или ростом температуры) и расширением сборки длительность импульса больше ожидаемой без учета эффектов инерции. Следовательно, при больших а0 полная выделяющаяся энергия будет заметно выше по величине, чем предсказывается теорией, развитой в предыдущем разделе. Такой случай представлен на рис. 9.20. Пунктирная кривая на рисунке, где заметно хорошее согласие с Cc0tCex-1 экспериментальными данными при
^ более высоких значениях а0, была
Рис. 9.20. Экспериментальные и расчетные „ л ____ПЛП„І11ІП11 „„„л
значения нейтронной вспышки в зависимо- получена с использование PhJ
сти от а0 [71]. лиженнои поправки, основанной
412
на оцененном периоде механической вибрации сборки, который по существу является временем прохождения через нее звуковой волны.
9.6.3. АНАЛИЗ АВАРИЙ БЫСТРЫХ РЕАКТОРОВ
Из представленных выше результатов видно, что вследствие существенно более короткого времени жизни нейтронов пики мощностей и давлений, сопровождающих скачки реактивности в быстром реакторе, могут быть намного выше, чем в тепловом реакторе. Более того, быстрый реактор содержит так много делящегося материала, что при удалении теплоносителя и заполнении образовавшихся пустот расплавившимся топливом может получиться несколько критических масс. При некоторых обстоятельствах существует вероятность взрыва, напоминающего неэффективный взрыв атомной бомбы. По этим причинам очень важно оценить максимальные вероятные взрывы, являющиеся результатом быстрых скачков реактивности в реакторах.
