Температурным эффектом реактивности реактора при рассматриваемой средней температуре теплоносителя в активной зоне называется величина изменения реактивности при его разогреве от 20°С до этой температуры.
Из определения сразу следует, что величина температурного эффекта реактивности при температуре 20°С 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 ρt c нижним индексом "t", позволяющим отличать температурный эффект от реактивности любого другого происхождения. Почему ρt, а не Δρt, т.к. в определении речь идет об изменении реактивности? - Именно потому, что ρt(20°C) = 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 ρt(t). Поэтому и изменение реактивности при разогреве реактора от 20°до произвольной средней температуры теплоносителя t будет равно:
Δρt(t) = ρt(t) - ρt(20°C) = ρt(t) - 0 = ρt(t),
из-за чего величина температурного эффекта реактивности при любой средней температуре теплоносителя t обозначается не Δρt, а просто ρt.
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 ρt(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
tтср = 0.5(tтвх + tтвых) (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°С) 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 ρt(tт) среднюю температуру теплоносителя tт, 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°С/час, - при которой нестационарный режим разогрева реактора можно с должной степенью точности считать квазистационарным). При этом измеренная экспериментально зависимость ρt(tт) 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.
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 ρt(t). Поэтому и изменение реактивности при разогреве реактора от 20°до произвольной средней температуры теплоносителя t будет равно:
Δρt(t) = ρt(t) - ρt(20°C) = ρt(t) - 0 = ρt(t),
из-за чего величина температурного эффекта реактивности при любой средней температуре теплоносителя t обозначается не Δρt, а просто ρt.
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 ρt(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
tтср = 0.5(tтвх + tтвых) (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°С) 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 ρt(tт) среднюю температуру теплоносителя tт, 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°С/час, - при которой нестационарный режим разогрева реактора можно с должной степенью точности считать квазистационарным). При этом измеренная экспериментально зависимость ρt(tт) 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.