Теория ядерных реакторов - Белл Д.
Скачать (прямая ссылка):
Величины коэффициента размножения и изотермического коэффициента реактивности для реактора «Колдер-Холл» рассчитаны по многогрупповой методике (см. разд. 10.3.3). Результаты, интерпретированные в соответствии с формулой четырех сомножителей, представлены в табл. 10.2 (начало кампании) и в табл. 10.3 (при выгорании 800 Mem • сутки/т, т. е. приблизительно в середине кампании) [73]. При расчетах данных табл. 10.3 отравляющий эффект продуктов деления, включая ксенон-135 и самарий-149, не рассматривался, т. е. все изменения реактивности связаны лишь с выгоранием урана-235 и накоплением плутония-239.
Некоторые величины, представленные в табл. 10.2 и 10.3, заслуживают особого рассмотрения. Например, видно, что коэффициент размножения реактора при выгорании 800 Мвт-сутки/т выше, чем коэффициент размножения в начале кампании. По-видимому, это связано с увеличением /, обусловленным большим сечением деления плутокня-239, причем увеличение / компенсирует некоторое уменьшение т), которое меньше у плутония-239, чем у урана-235. Мгновенный температурный коэффициент топлива, определяемый как (I/р) (др/дТ), отрицателен и остается почти неизменным до выгорания 800 Мвт-сутки/т,
100-
80-
Чран - 238(х IO2J
200
300 400 600
TeMnepamypal 0K
I I I
800 1000
Рис. 10.21. Температурная зависимость эффективных тепловых сечений изотопов в начале кампании реактора «Колдер-Холл» [72].
463
Таблица 10.2
Результаты расчета нейтронно-физических характеристик реактора «Колдер-Холл»
в начале кампании [73]
Темпера -тура, 0K k t ¦»1 P Ё P
323 1,0355 0,5839 2,0642 0,8193 1,0800 0,9709
530 1,0224 0,5815 2,0568 0,8158 1,0809 0,9694
700 1,0146 0,5816 2,0486 0,8135 1,0814 0,9680
900 1,0078 0,5822 2,0402 0,8112 1,0819 0,9667
Изотермические температурные коэффициенты, IO-5 !/0C
Температура, °к . П k \ дТ) і /ам t U т) I /атп »1 \дт) I /ар х P I дт) . ,а.х е \дТ)
426 -6,136 -1,996 -1,723 -2,091 +0,413 -0,736
615 -4,511 +0,0607 -2,355 -1 ,644 + 0,297 —0,871
800 -3,382 +0,563 —2,049 -1,455 + 0,218 -0,657
Это связано со слабым выгоранием урана-238 и небольшими суммарными из* менениями в содержании делящихся изотопов.
Температурный коэффициент замедлителя, определенный выше как разность полного температурного коэффициента и коэффициента, связанного с изменением вероятности избежать резонансного захвата, будучи отрицательным в начале кампании (см. табл. 10.2), становится положительным по мере работы реактора (см. табл. 10.3). Из таблиц видно, что это перемена знака обусловлена большим увеличением (I//) (OfIdT). Физически это означает, что в середине кампании реактора доля тепловых нейтронов, поглощаемых делящимися изотопами, возрастает с повышением температуры. Из рис. 10.21 видно, что это увеличение связано с тем, что с повышением температуры возрастает эффективное тепловое сечение плутония-239. Точнее говоря,, основная причина связана с резонансом плутония-239 при энергии 0,3 эв. Смещение спектра тепловых нейтронов в замедлителе приводит к тому, что с увеличением температуры повышается число нейтронов с энергиями, близкими к резонансу плутония-239.
Таблица 10.3
Результаты расчета нейтронно-физических характеристик реактора «Колдер-Холл» при выгорании 800 Mem-сутки/т [73]
Температура, 0K k f »1 р Ё P
323 1,0604 0,6052 2,0415 0,8193 1,0779 0,9717
530 1,0578 0,6144 2,0171 0,8157 1,0780 0,9707
700 1,0622 0,6271 1,9925 0,8135 1,0775 0,9698
900 1,0691 0,6415 1,9684 0,8111 1,0768 0,9692
Изотермические температурные коэффициенты, IO-5 1/°С
Темпера- 1 /а*\ 1 (0M 1 /ац\ і / ар \ I /.ае\ 1 і дР \
тура, °к k \дт) f \ дт) П \дт) P I аг j е I дТ ) р \—)
426 -1,168 + 7,226 -5,816 —2,089 +0,0111 -0,501
615 + 2,453 + 12,07 —7,197 — 1,647 —0,2602 -0,518
800 + 3,219 + 11,37 -6,097 -1,454 —0,3058 —0,295
464
Таким образом, положительность температурного коэффициента замедлителя реактора «Колдер-Холл», проработавшего некоторое время, связана с присутствием плутония-239.
Другим фактом (см. табл. 10.2 и 10.3) является значительное увеличение отрицательного температурного коэффициента (1/'т)) (дг\/дТ) по мере работы реактора. Два фактора определяют это увеличение и оба связаны с накоплением плутония-239. Во-первых, значение т] у плутония-239 меньше, чем у урана-235; во-вторых, т] плутония-239 уменьшается с увеличением температуры или, точнее, дт][дЕ отрицательна для этого изотопа при энергиях нейтронов меньше 0,3 эв.
? -/ S°
0
Ca 2
* S
-1
і| .2 I!
с:
5
Qj
-J
г I •• • I I Зависящий от энерги - коэффициент самоэкр Постоянный коэффициент само- - экранировки Sf Qf / / TciT v\ х "і"- 1I"1 и анировки -^ — **
¦ '' ё і її і 7 I I
TeHnepamypat 0K
Рис. 10.22. Влияние продуктов деления на температурный коэффициент реактивности [76].
200 300 400 SOO 600 POO 800 900
Температура} 0K
Рис. 10.23. Влияние энергетической зависимости коэффициента самоэкранировки на температурный коэффициент реактивности [77].
Несмотря на то, что при расчете рассмотренных температурных коэффициентов был сделан ряд существенных упрощений (равномерное по топливному элементу выгорание урана-235 и накопление плутония-239, пренебрежение поглощающим действием продуктов деления), расчетные данные находятся в хорошем согласии с экспериментальными [74]. На первый взгляд может показаться, что положительный изотермический температурный коэффициент реактивности в середине кампании реактора при температуре около 500° К может вызвать неустойчивость работы реактора. Однако, благодаря отрицательному мгновенному температурному коэффициенту топлива и большой теплоемкости замедлителя, приводящей к медленному увеличению температуры реактора, в управлении реактором перемещениями регулирующих стержней или другими способами не возникает особых трудностей. Это подтверждено изучением переходных режимов на реакторе «Колдер-Холл» [75]; во всех опытах реактор оставался устойчивым, а если тепловыделение увеличивалось, то очень медленно.
