а. Обогащение топлива. С увеличением обогащения топлива (x) в нём возрастает концентрация ядер 235U, а, следовательно, возрастает и доля поглощаемых ядрами 235U тепловых нейтронов, т.е. величинаq. Это справедливо и для гомогенных, и для гетерогенных реакторов.
х ↑→ N5 ↑→ θ ↑
б. Соотношение количеств ядер урана и замедлителя в ячейке. Это соотношение в общем случае равно:
u = NuVu / NзVз, (7.2.30)
а в частностях называется уран-водным отношением (для реакторов с водным замедлителем) или уран-графитовым отношением (применительно к реакторам с графитовым замедлителем).
Чем выше величина u, тем выше число ядер урана в ячейке, и (при неизменном обогащении топлива) - выше и количество ядер 235U, а, значит, выше величина доли поглощаемых ядрами 235U тепловых нейтронов, т.е.θ.
u↑→ NuVu ↑→ N5Vu ® θ↑
в. Момент кампании активной зоны. В процессе кампании активной зоны энергетического реактора основное топливо в ней (235U) выгорает, уступая место образующимся при делении осколкам деления, которые в последующем бесполезно поглощают тепловые нейтроны. Из этого можно было бы заключить, что величина q в процессе кампании должна непрерывно падать, несмотря на получаемую в процессе кампании прибавку величины q за счёт накопления в работающем реакторе вторичного топлива (239Pu).
Но это не так, поскольку для обеспечения постоянного критического режима работы реактора из активной зоны его непрерывно удаляются штатные регулирующие поглотители, идёт непрерывный процесс одновременного выгорания самовыгорающих поглотителей (СВП), осуществляется регулярное удаление из теплоносителя жидкого поглотителя (борной кислоты), - так что величина q в процессе кампании поддерживается практически неизменной в силу необходимости поддержания состояния критичности реактора. г. Температура в активной зоне. Средние температуры топлива и замедлителя в работающем на мощности энергетическом реакторе (независимо от его типа) всегда взаимосвязаны, и (по крайней мере, при постоянном расходе теплоносителя через активную зону реактора) характер этой взаимосвязи - прямой: чем выше уровень мощности реактора, тем выше средняя температура топлива в твэлах и тем выше средняя температура замедлителя в нём. Но так бывает не всегда: например, в ВВЭР, работающем по программе с постоянной средней температурой теплоносителя, увеличение тепловой мощности реактора, хотя и получается за счёт увеличения средней температуры топливной композиции в твэлах реактора, но практически не влияет на величину средней температуры воды в его активной зоне.
Влияние температуры топлива на величину q прослеживается через её влияние на характеристику внутреннего блок-эффекта в твэлах реактора - величину коэффициента экранировки F. Если температура топливной композиции в твэлах возрастает, то в топливной композиции (как в любом другом веществе) увеличивается длина диффузии тепловых нейтронов. Это означает, что поступающие из замедлителя тепловые нейтроны имеют возможность глубже проникать внутрь топливной композиции, за счёт чего радиальное распределение плотности потока тепловых нейтронов внутри твэла выравнивается, из-за чего среднерадиальное значение плотности потока тепловых нейтронов в твэле Фсрт приближается к максимальному его значению на поверхности топливной композиции. Величина коэффициента экранировки F = Фп/Фсрт при этом уменьшается, а величина коэффициента использования тепловых нейтронов q - растёт, поскольку твэл начинает более эффективно поглощать тепловые нейтроны всем своим объёмом, поглощение идет с большей скоростью, так как поглощение тепловых нейтронов происходит при более высоком значении средней плотности потока тепловых нейтронов в твэле.
Второй канал влияния температуры на величину q, хотя и не столь существенный, но все же заметный, - через температурное влияние на характеристику внешнего блок-эффекта - величину относительного избыточного поглощения тепловых нейтронов в замедлителе каждой ячейки. Увеличение температуры замедлителя приводит к увеличению длины диффузии тепловых нейтронов в нём, также влекущему за собой радиальное выравнивание распределения Ф(r) в замедлителе ячейки, что приводит к уменьшению относительного избыточного поглощения тепловых нейтронов в замедлителе ячейки (E), отчего величина коэффициента использования тепловых нейтронов в каждой ячейке (и во всем реакторе) возрастает.
Таким образом, с возрастанием температуры в активной зоне величина q однозначно растет, давая положительный вклад в величину температурного эффекта реактивности реактора.
х ↑→ N5 ↑→ θ ↑
б. Соотношение количеств ядер урана и замедлителя в ячейке. Это соотношение в общем случае равно:
u = NuVu / NзVз, (7.2.30)
а в частностях называется уран-водным отношением (для реакторов с водным замедлителем) или уран-графитовым отношением (применительно к реакторам с графитовым замедлителем).
Чем выше величина u, тем выше число ядер урана в ячейке, и (при неизменном обогащении топлива) - выше и количество ядер 235U, а, значит, выше величина доли поглощаемых ядрами 235U тепловых нейтронов, т.е.θ.
u↑→ NuVu ↑→ N5Vu ® θ↑
в. Момент кампании активной зоны. В процессе кампании активной зоны энергетического реактора основное топливо в ней (235U) выгорает, уступая место образующимся при делении осколкам деления, которые в последующем бесполезно поглощают тепловые нейтроны. Из этого можно было бы заключить, что величина q в процессе кампании должна непрерывно падать, несмотря на получаемую в процессе кампании прибавку величины q за счёт накопления в работающем реакторе вторичного топлива (239Pu).
Но это не так, поскольку для обеспечения постоянного критического режима работы реактора из активной зоны его непрерывно удаляются штатные регулирующие поглотители, идёт непрерывный процесс одновременного выгорания самовыгорающих поглотителей (СВП), осуществляется регулярное удаление из теплоносителя жидкого поглотителя (борной кислоты), - так что величина q в процессе кампании поддерживается практически неизменной в силу необходимости поддержания состояния критичности реактора. г. Температура в активной зоне. Средние температуры топлива и замедлителя в работающем на мощности энергетическом реакторе (независимо от его типа) всегда взаимосвязаны, и (по крайней мере, при постоянном расходе теплоносителя через активную зону реактора) характер этой взаимосвязи - прямой: чем выше уровень мощности реактора, тем выше средняя температура топлива в твэлах и тем выше средняя температура замедлителя в нём. Но так бывает не всегда: например, в ВВЭР, работающем по программе с постоянной средней температурой теплоносителя, увеличение тепловой мощности реактора, хотя и получается за счёт увеличения средней температуры топливной композиции в твэлах реактора, но практически не влияет на величину средней температуры воды в его активной зоне.
Влияние температуры топлива на величину q прослеживается через её влияние на характеристику внутреннего блок-эффекта в твэлах реактора - величину коэффициента экранировки F. Если температура топливной композиции в твэлах возрастает, то в топливной композиции (как в любом другом веществе) увеличивается длина диффузии тепловых нейтронов. Это означает, что поступающие из замедлителя тепловые нейтроны имеют возможность глубже проникать внутрь топливной композиции, за счёт чего радиальное распределение плотности потока тепловых нейтронов внутри твэла выравнивается, из-за чего среднерадиальное значение плотности потока тепловых нейтронов в твэле Фсрт приближается к максимальному его значению на поверхности топливной композиции. Величина коэффициента экранировки F = Фп/Фсрт при этом уменьшается, а величина коэффициента использования тепловых нейтронов q - растёт, поскольку твэл начинает более эффективно поглощать тепловые нейтроны всем своим объёмом, поглощение идет с большей скоростью, так как поглощение тепловых нейтронов происходит при более высоком значении средней плотности потока тепловых нейтронов в твэле.
Второй канал влияния температуры на величину q, хотя и не столь существенный, но все же заметный, - через температурное влияние на характеристику внешнего блок-эффекта - величину относительного избыточного поглощения тепловых нейтронов в замедлителе каждой ячейки. Увеличение температуры замедлителя приводит к увеличению длины диффузии тепловых нейтронов в нём, также влекущему за собой радиальное выравнивание распределения Ф(r) в замедлителе ячейки, что приводит к уменьшению относительного избыточного поглощения тепловых нейтронов в замедлителе ячейки (E), отчего величина коэффициента использования тепловых нейтронов в каждой ячейке (и во всем реакторе) возрастает.
Таким образом, с возрастанием температуры в активной зоне величина q однозначно растет, давая положительный вклад в величину температурного эффекта реактивности реактора.