Теория ядерных реакторов - Белл Д.
Скачать (прямая ссылка):
Следует обратить внимание на два аспекта расчетов, проведенных для реактора «Колдер-Холл». Во-первых, влияние равновесных концентраций ксенона-135 и самария-149 на температурные коэффициенты реактивности определено лишь для начала кампании реактора. Основное влияние этих изотопов связано с уменьшением коэффициента теплового использования. Их воздействие на температурный коэффициент реактивности демонстрируется на рис. 10.22 [76].
Во-вторых, как отмечалось ранее, детальное многогрупповое описание поведения тепловых нейтронов в ячейке реактора является важным аспектом полученных результатов. Это иллюстрируется рис. 10.23 [77], из которого вид-
465
но, насколько отличается поведение температурных коэффициентов, рассчитанных с использованием зависящих от энергии коэффициентов самоэкранировки, от рассчитанных с помощью единого коэффициента самоэкранировки для тепловых нейтронов.
10.3.7. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ТЕМПЕРАТУРНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ РЕАКТИВНОСТИ ДЛЯ РЕАКТОРА «ПИЧ-БОТТОМ»
Поскольку реактор «Пич-Боттом» является относительно небольшим прототипом высокотемпературного реактора с газовым охлаждением (тип HTGR), он имеет большее количество делящихся изотопов на единицу объема, чем в больших реакторах этого типа. Поэтому коэффициент конверсии реактора «Пич-Боттом» относительно невелик (около 0,4 на начало кампании). К тому же значения е ~ 1,25 и р ~ 0,62 [78] больше отличаются от единицы,, чем соответствующие величины для активных зон более крупных реакторов.
На рис. 10.24 представлены температурные зависимости некоторых эффективных микроскопических сечений тепловых нейтронов с энергиями до 2,1 эв. Они рассчитаны многогрупповыми методами на начало кампании реактора типа HTGR с небольшой активной зоной, характеризующейся некоторой постоянной, независящей от координат температурой [79].
При температурах около 1500° К эффективное сечение поглощения урана-233 чуть выше сечения поглощения урана-235. Этот факт в комбинации с низким коэффициентом конверсии вызывает относительно быстрое уменьшение коэффициента размножения нейтронов по мере выгорания урана-235. Следовательно, представляется разумным использовать в таком реакторе бор-10 в качестве выгорающего поглотителя (см. разд. 10.2.7) для уменьшения спада коэффициента размножения при работе реактора. Результат использования бора-10 в реакторе «Пич-\Боттом» иллюстрируется рис. 10.15. Для рассмотренного там случая начальный коэффициент самоэкранировки бора-10 равен 0,5. В более крупных реакторах типа HTGR при более высоком коэффициенте конверсии, достигающем 0,9, изменения реактивности слабее, чем у реактора «Пич-Боттом». Поэтому в больших реакторах не видно особых выгод от использования выгорающих поглотителей.
В реакторе «Пич-Боттом» следует ожидать наличия мгновенного отрицательного температурного коэффициента реактивности, связанного с доплеровским уширением резонансов тория-232. Будут, однако, и некоторые положительные коэффициенты, обусловленные смещениями спектра тепловых нейтронов. В области тепловых энергий нейтронов делящиеся изотопы уран-233 и уран-235 конкурируют в поглощении нейтронов с торием-232, являющимся поглотителем с сечением, пропорциональным 1/и, с продуктами деления и с выгорающим поглотителем, если последний присутствует. Рассмотрим сначала конкуренцию делящихся изотопов с поглотителем с сечением, пропорциональным 1/и. На рис. 10.24 видно, что истинное эффективное сечение поглощения
Температура, 0K
Рис. 10.24. Температурная зависимость эффективных тепловых сечений изотопов в небольшом реакторе типа HTGR. Пунктирными линиями показаны сечения, полученные в предположении, что сечения поглощения пропорциональны 1/у [79].
466
урана-233 медленнее спадает с повышением температуры, чем эффективное сечение, полученное в предположении, что оно пропорционально 1/у. При достаточном количестве урана-233 в активной зоне это даст положительный вклад в член (I//) (df/dT) и, следовательно, в полный температурный коэффициент. Аналогичный эффект имеем для ксенона-135 (см. рис. 10.27), поскольку его эффективное сечение поглощения тепловых нейтронов спадает быстрее с повышением температуры (рис. 10.25), чем в случае пропорциональности сечения поглощения Mv [79].
Рис. 10.25. Температурная зависимость эффективного теплового сечения ксенона-135. Пунктирная линия относится к результатам, полученным в предположении, что сеченне поглощения пропорционально 1/у [79].
Температура. aK
Рис. 10.26. Температурная зависимость эффективного теплового сечения родня-103. Пунктирная линия относится к результатам, полученным в предположении, что сечение поглощения пропорционально IIv [79].
Для блокированного выгорающего поглотителя из бора-10 эффективное сечение поглощения падает с температурой медленнее, чем для элемента с сечением, пропорциональным Mv, и это дает отрицательный вклад в член (I//) (df/dT). В определенных условиях, например, в конце кампании реактора «Пич-Боттом» при максимальном накоплении урана-233 и минимальном содержании бора-10 и в присутствии ксенона-135 влияние смещений спектра тепловых нейтронов на изотермический температурный коэффициент реактивности, как показывают расчеты, мало и может быть положительным [80]. Поскольку мгновенный температурный коэффициент отрицателен и больше по абсолютной величине, полный изотермический коэффициент реактивности остается отрицательным, т. е. безопасность работы реактора обеспечивается.
