Главная >> Лекции по ядерной физике >> Температурный эффект и температурный коэффициент реактивности реактора

10.1.1. Температурный эффект реактивности реактора.

Температурным эффектом  реактивности реактора при рассматриваемой средней температуре теплоносителя в активной зоне называется ве- личина изменения  реактивности  при его разогреве от 20^оС до этой  температуры. Из определения сразу следует, что величина температурного эффекта реактивности при температуре 20^оС равна нулю. Этой условностью догово­рились определить начало отсчета  величины температурного эффекта. Поскольку в определении идёт речь об изменении реактивности, ве­личина температурного эффекта (как и всякая реактивность) обозначается символом ρ_t c нижним индексом "t", позволяющим отличать температурный эффект от реактивности любого другого происхождения. Почему ρ_t, а не Δρ_t, т.к. в определении речь идет об изменении реактивности? - Именно потому, что ρ_t(20^oC) = 0.

Поскольку из определения можно понять, что величина температурного эффекта - изменяющаяся с температурой величина, нелишне указать в обо­значении, какой температуре соответствует данный температурный эффект реактивности, - то есть полное обозначение ТЭР, исключающее какую-либо неопределённость толкования этой величины, должно быть ρ_t(t). Поэтому и изменение реактивности при разогреве реактора от 20^о до произвольной средней температуры теплоносителя t будет равно:
                   Δρ_t(t) = ρ_t(t) - ρ_t(20^oC) = ρ_t(t) - 0 = ρ_t(t),
из-за чего величина температурного эффекта реактивности при любой средней температуре теплоносителя t обозначается не Δρ_t, а просто ρ_t.

Наконец, поскольку ТЭР есть изменение реактивности реактора, то и измеряется он в единицах реактивности (в а.е.р. (долях от единицы) или в процентах). Первые из указанных единиц чаще встречаются в научной и технической литературе (как более простые, интернациональные, понят­ные всем), а вторые - в операторской практике (они удобны в расчетах).

В определении ТЭР зафиксировано, что аргументом для функции ρ_t(t) является средняя температура теплоносителя. С первого взгляда это ка­жется неверным, так как температурное поле в гетерогенной активной зо­не энергетического ВВР очень неоднородно: в топливе твэлов температура выше, чем температура оболочек твэлов, а температура оболочек твэлов - выше температуры теплоносителя, а, главное, что во всех материалах ак­тивной зоны в силу действия теплотехнических законов даже в стационар­ном режиме реактора температуры распределены по разному и в различных пределах. А так как нам уже понятно, что каждый материал по-своему от­зывается на одинаковые изменения температуры, это означает, что каждый материал активной зоны даже при одинаковых изменениях в них температу­ры вносит в общий температурный эффект реактивности свою лепту темпе­ратурных изменений реактивности, отличающуюся по величине от вкладов в ТЭР реактора других материалов. При имеющемся в реальных реакторах неодинаковом разогреве топлива, замедлителя, теплоносителя и других кон­струкционных материалов активной зоны вклады каждого материала в общий температурный эффект реактивности тем более неоднозначны, и потому од­но лишь изменение средней температуры теплоносителя  не может быть ответственным за полное температурное изменение реактивности всего реак­тора. Понятно, что температурное изменение реактивности реактора должно определяться некоторой среднеэффективной величиной температуры ак­тивной зоны,  в которой учитывались бы "весовые коэффициенты" темпера­турных изменений реактивности каждого материала и неравномерность ра­зогрева каждого материала активной зоны.

Однако для определения такой температуры потребовалось бы решить задачу чрезвычайной сложности, более обширную, чем детальный теплотех­нический и нейтронно-физический расчеты всего реактора.

Как же быть?

В качестве определяющей температуры для оценки температурного эф­фекта реактивности вынужденно принимается средняя температура теплоно­сителя, поскольку это температура, которую легко практически измерить. Серии термопар, поставленных на входе и выходе активной зоны, дают по­сле усреднения результатов измерений точное представление о величинах температур теплоносителя на входе и выходе из активной зоны, а средняя арифметическая их величина
t_т^ср = 0.5(t_т^вх + t_т^вых)                                            (10.1.1)
- достаточно точное представление о средней температуре теплоноси­теля в активной зоне; хотя от входа к выходу теплоноситель увеличивает температуру нелинейно по длине ТВС, из-за небольшой разницы входной и выходной температур теплоносителя (не более 30 - 35^оС) среднеарифмети­ческое значение температуры теплоносителя почти не отличается от средневзвешенного её значения в активной зоне. К тому же практически измерение крайних температур теплоносителя и получение электрического сигнала, пропорционального величине средней температуры теплоносителя, не представляет собой сложной технической задачи по сравнению с измерением даже лока­льной температуры топлива (для чего понадобилось бы сверлить герметич­ную оболочку твэла для осуществления вывода электрического сигнала от микротермопары внутри твэла).

Более того, приняв в качестве аргумента для функции температурного эффекта реактивности реактора ρ_t(t_т) среднюю температуру теплоносителя t_т, мы по крайней мере получаем возможность экспериментально измерять величину составляющей общего температурного эффекта реактивности реак­тора, которая определяется только изменением температуры теплоносителя (для этого надо медленно, равномерно разогревать работающий на минимально-контролируемом уровне мощности (МКУМ) реактор от постороннего источника тепла с тем, чтобы температура топлива в его твэлах незначите­льно отличалась от температуры теплоносителя).

Если эксплуатировать ВВР от малых уровней мощности и до номиналь­ной её величины при постоянном расходе теплоносителя через его актив­ную зону, то появляется возможность экспериментально измерить величины температурного эффекта реактивности реактора путём его медленного или ступенчатого разогрева собственным теплом (путем медленного увеличения мощности реактора, обеспечивающего малую скорость разогрева - не более 10^оС/час, - при которой нестационарный режим разогрева реактора можно с должной степенью точности считать квазистационарным). При этом изме­ренная экспериментально зависимость ρ_t(t_т) будет однозначной (по край­ней мере, на данный момент кампании), поскольку изменение среднеэффек­тивной температуры топлива на разных уровнях мощности в процессе разо­грева реактора будет в силу теплотехнических закономерностей  взаимно­однозначно связано с изменением среднеэффективной температуры теплоно­сителя.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: