Главная >> Лекции по ядерной физике >> Переходные процессы при сообщении реактору положительных реактивностей

12.3.2. Мгновенная критичность реактора - источник ядерной опасности.

При выводе дифференциальных уравнений кинетики реактора с учётом запаздывающих нейтронов мы уже вскользь познакомились с понятием коэффициента размножения на мгновенных нейтронах
                                     k_эм = k_э(1 - β_э)                                            (12.30)
Смысл этого понятия тот же, что и у эффективного коэффициента размножения, только применительно к одним мгновенным нейтронам:  отношение количеств мгновенных нейтронов  рассматриваемого и непосредственно предшествующего ему поколений.
Мгновенной критичностью реактора называют его состояние, в котором он критичен на одних мгновенных нейтронах.
Поэтому  очевидным условием мгновенной критичности реактора является условие:
                                              k_эм = 1,
а мгновенной надкритичности - условие: k_эм > 1. Общий же случай состояния  реактора, когда он критичен или надкритичен  на одних мгновенных нейтронах выразится неравенством:
                                                     k_эм  ≥ 1.                                                       (12.31)
Подставляя в (12.31)  выражение (12.30), имеем следующее:
k_э( 1 - β_э) ≥ 1,   или    1 / k_э ≤ 1 - β_э ,     или    1 - (1 / k_э) ≥ β_э.
Но поскольку  величина 1 - (1 / k_э) = ρ  ( есть реактивность реактора), то условием возникновения мгновенной критичности или надкритичности в реакторе будет:
                                                           ρ ≥ βэ                                                 (12.32)
Реактор ввергается в состояние мгновенной критичности тогда, когда ему сообщается положительная реактивность величиной, большей или равной величины эффективной доли выхода запаздывающих нейтронов.

Для того, чтобы оценить, сколь невелика (в житейском, разумеется, смысле) та величина положительной реактивности, которая, грубо выражаясь, превращает ядерный реактор в подобие ядерной бомбы, вспомним, что:
- в реакторе с топливом на основе ²³⁵U  β_э = 0.0064;
- в реакторе  с топливом на основе ²³⁹Pu  β_э = 0.0021;
- в реальных энергетических реакторах АЭС величина эффективной доли выхода запаздывающих нейтронов в произвольный момент кампании лежит в пределах от 0.0055 до 0.0045,  причём в процессе кампании величина β_э снижается.

Понятие мгновенной критичности реактора является  основой для понимания специфической для реакторных установок физической опасности - опасности возникновения неуправляемого разгона мощности реактора при сообщении ему больших положительных реактивностей, называемой ядерной опасностью.
Антиподом этому понятию служит понятие ядерной безопасности, под которым понимается состояние реакторной установки и всех обслуживающих её систем, а также комплекс конструктивных, технических и организационных мер, гарантирующие исключение неуправляемого разгона мощности реактора вследствие сообщения ему больших положительных реактивностей.

Проблема обеспечения ядерной безопасности  является (без преувеличения) самой важной проблемой эксплуатации ядерных энергетических установок. Она накладывает свой отпечаток на все стороны процесса эксплуатации реакторных установок: транспортировка и загрузка в активную зону реактора ядерного топлива, физический пуск реактора, эксплуатационные пуски, режимы работы реактора на мощности, останов реактора, перезарядка активной зоны и многое другое.
Различного рода требований по обеспечению ядерной безопасности довольно много, и с ними мы будем знакомиться постепенно, по мере изучения отдельных моментов теории и практики  эксплуатации реакторов.  Однако основное ограничение, на базе которого формулируется  подавляющее большинство этих требований, проистекает из простой мысли:
Ни при каких обстоятельствах реактору не должна сообщаться положительная реактивность, близкая к величине эффективной доли запаздывающих нейтронов. 
В связи со сказанным  именно сейчас есть повод раз и навсегда определиться с тем, какую величину реактивности считать большой, а какую - малой.
Положительные реактивности, сравнимые по величине с эффективной долей выхода запаздывающих нейтронов в реакторе - большие реактивности. Реактивности, меньшие величины β_э по крайней мере на порядок - малые реактивности.
В связи с этим заметим, что величина реактивности реактора, численно равная эффективной доле выхода запаздывающих нейтронов в нём,  может служить в качестве естественной и удобной единицы измерения реактивности для любых реакторов.
В отечественной практике эта единица так  и называлась: доля от β_э; и говорилось, например, что “реактивность равна 0.15 β_э”.  Американцы дали этой единице своё название - доллар, а сотой части этой единицы - цент.  То есть по-американски упомянутая величина реактивности звучит как  “0.15 доллара” (или «15 центов»)  и пишется кратко как “ρ = 0.15$” или “ρ = 15 с”.
Эта единица измерения наиболее универсальна, так как позволяет единым образом оценивать степень эффективного воздействия на любой реактор, независимо от его размеров, мощности и величины ценности запаздывающих нейтронов в нём,  при этом  по самой цифре держа в уме степень отдалённости реактора от ядерно-опасного состояния.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: