Попри зауваження про неможливість окремого прояву ГТЕР і ЯТЕР, у практиці експлуатації РУ іноді можуть створюватися умови, за яких складові ТЕР проявляються якщо не в чистому вигляді, то принаймні переважно.
Для того, щоб зрозуміти, про що йдеться, треба спершу чітко уявити собі, що в ВВР густинна складова ТЕР практично цілком визначається присутністю в активній зоні води (решта матеріалів активної зони - тверді; величини температурних коефіцієнтів об'ємного розширення їх принаймні на два порядки величини менші, ніж у води; тому температурне зменшення густини всіх матеріалів активної зони, крім води, настільки мале, що може взагалі не братися до уваги). Більше того, ядерна складова ТЕР від води дуже мала: мікропереріз поглинання води на три порядки величини менший, ніж мікропереріз поглинання 235U (0.66 і 680.9 барн відповідно); отже, за однакового розігріву палива й води в активній зоні ВВР внесок води в температурну зміну поглинальної здатності всієї активної зони залишиться приблизно на три порядки меншим, ніж внесок самого лише 235U; а якщо врахувати, що в працюючому енергетичному реакторі паливо змінює температуру в істотно більших межах, ніж вода, то в дійсних умовах внесок води в ядерну складову ТЕР буде ще меншим, ніж за однакового нагрівання води й палива. Перерізи поглинання водою швидких і резонансних нейтронів від температури не залежать, як майже не залежать і величини мікроперерізів розсіяння.
Ось і виходить, що густинний ТЕР у ВВР практично повністю завдячує присутності в активній зоні та відбивачі реактора води. Це стосується не лише реакторів типу ВВЕР, а й реактора РБМК-1ООО.
Ядерний температурний ефект реактивності, навпаки, з указаних причин пов'язаний головним чином з наявністю в активній зоні палива: температурна зміна поглинальної здатності активної зони щодо теплових нейтронів найбільше визначається температурною зміною мікроперерізів поглинання 235U, 239Pu та деяких продуктів поділу, що сильно поглинають теплові нейтрони (135Xe, 149Sm), які утримуються всередині твелів, тобто разом з паливом; ефективні мікроперерізи захоплення ураном-238 резонансних нейтронів теж визначаються величиною температури палива й не пов'язані з температурою води.
Тому в процесі повільного розігріву реактора (зі швидкістю менш як 10°С/год) від стороннього джерела тепла, коли середня температура палива практично іде "градус у градус" за повільно зростаючою середньою температурою теплоносія, а реактор підтримується в стані критичності на МКРП (мінімально контрольованому рівні потужності, що має порядок 10-4 ¸10-3 % від номінальної потужності реактора), - у таких умовах виміряна величина температурного ефекту реактивності реактора за будь-якої середньої температури активної зони (аж до мінімальної температури робочого діапазону) визначатиметься переважно густинною складовою ТЕР. (Забігаючи наперед, слід зазначити, що методика експериментального визначення температурного коефіцієнта реактивності теплоносія перед уведенням реактора в кампанію ґрунтується на створенні саме таких умов для фізичних вимірювань).
За зміни рівня потужності розігрітого до номінальної середньої температури теплоносія реактора (типу ВВЕР), навпаки, практично в "чистому" вигляді має місце прояв ядерного температурного ефекту реактивності: оскільки середня температура теплоносія за зміни рівня потужності реактора майже не змінюється (або змінюється дуже незначно), то температурна зміна густини води - практично нульова, а це означає, що нульовою буде й густинна зміна реактивності реактора, а температурна зміна реактивності реактора цілком визначатиметься зміною величини ядерного ТЕР, яка відбувається внаслідок змін середньої температури палива в твелах зі зміною теплової потужності реактора (оскільки середній температурний напір між паливом твелів і ядром потоку теплоносія, що їх омиває, прямо пропорційний тепловій потужності реактора).
Звідси випливає, між іншим, важливий для оператора РУ висновок:
Величини ядерного ТКР, виміряні експериментально в конкретного реактора на різних рівнях його теплової потужності навіть за однакової середньої температури теплоносія, будуть неоднаковими.
Пояснюється це просто: по-перше, кожному рівню теплової потужності реактора навіть за сталої витрати теплоносія й навіть за сталої середньої температури теплоносія відповідає своя середня температура палива в його твелах; по-друге, навіть за однакової температури в усіх точках твела різні компоненти паливної суміші по-різному змінюють з кожним градусом зміни температури величини мікроперерізів поглинання (235U і 239Pu, на відміну від 238U та інших компонентів паливної композиції, не підлягають закону "1/v" і відхиляються від цього закону в різні боки та в неоднаковій мірі, внаслідок чого величина константи η59 c зростанням температури палива зменшується дедалі різкіше); по-третє, ефект Доплера зі зростанням температури палива впливає на величину імовірності уникнення резонансного захоплення φ дедалі сильніше, і характер цього впливу також нелінійний.
Другий висновок теж не з приємних:
Величина ядерного ТКР (а отже, і загального ТКР реактора) змінюється в процесі кампанії його активної зони.
Усе сказане разом з обґрунтованим побоюванням, як би така важлива характеристика реактора, як від'ємний ядерний ТКР (основа загального від'ємного ТКР реактора = основа стійкості роботи реактора на потужності), випадково не "вискочила" за межі, що гарантують стійкість реактора, змушує експлуатаційників:
- регулярно проводити фізичні вимірювання з метою перевірки дійсної величини від'ємного ТКР реактора на даний момент кампанії активної зони;
- шукати нові коректні методики експериментального визначення величини ТКР у робочих умовах (оскільки, як побачимо далі, наявні методики далекі від досконалості).
Для того, щоб зрозуміти, про що йдеться, треба спершу чітко уявити собі, що в ВВР густинна складова ТЕР практично цілком визначається присутністю в активній зоні води (решта матеріалів активної зони - тверді; величини температурних коефіцієнтів об'ємного розширення їх принаймні на два порядки величини менші, ніж у води; тому температурне зменшення густини всіх матеріалів активної зони, крім води, настільки мале, що може взагалі не братися до уваги). Більше того, ядерна складова ТЕР від води дуже мала: мікропереріз поглинання води на три порядки величини менший, ніж мікропереріз поглинання 235U (0.66 і 680.9 барн відповідно); отже, за однакового розігріву палива й води в активній зоні ВВР внесок води в температурну зміну поглинальної здатності всієї активної зони залишиться приблизно на три порядки меншим, ніж внесок самого лише 235U; а якщо врахувати, що в працюючому енергетичному реакторі паливо змінює температуру в істотно більших межах, ніж вода, то в дійсних умовах внесок води в ядерну складову ТЕР буде ще меншим, ніж за однакового нагрівання води й палива. Перерізи поглинання водою швидких і резонансних нейтронів від температури не залежать, як майже не залежать і величини мікроперерізів розсіяння.
Ось і виходить, що густинний ТЕР у ВВР практично повністю завдячує присутності в активній зоні та відбивачі реактора води. Це стосується не лише реакторів типу ВВЕР, а й реактора РБМК-1ООО.
Ядерний температурний ефект реактивності, навпаки, з указаних причин пов'язаний головним чином з наявністю в активній зоні палива: температурна зміна поглинальної здатності активної зони щодо теплових нейтронів найбільше визначається температурною зміною мікроперерізів поглинання 235U, 239Pu та деяких продуктів поділу, що сильно поглинають теплові нейтрони (135Xe, 149Sm), які утримуються всередині твелів, тобто разом з паливом; ефективні мікроперерізи захоплення ураном-238 резонансних нейтронів теж визначаються величиною температури палива й не пов'язані з температурою води.
Тому в процесі повільного розігріву реактора (зі швидкістю менш як 10°С/год) від стороннього джерела тепла, коли середня температура палива практично іде "градус у градус" за повільно зростаючою середньою температурою теплоносія, а реактор підтримується в стані критичності на МКРП (мінімально контрольованому рівні потужності, що має порядок 10-4 ¸10-3 % від номінальної потужності реактора), - у таких умовах виміряна величина температурного ефекту реактивності реактора за будь-якої середньої температури активної зони (аж до мінімальної температури робочого діапазону) визначатиметься переважно густинною складовою ТЕР. (Забігаючи наперед, слід зазначити, що методика експериментального визначення температурного коефіцієнта реактивності теплоносія перед уведенням реактора в кампанію ґрунтується на створенні саме таких умов для фізичних вимірювань).
За зміни рівня потужності розігрітого до номінальної середньої температури теплоносія реактора (типу ВВЕР), навпаки, практично в "чистому" вигляді має місце прояв ядерного температурного ефекту реактивності: оскільки середня температура теплоносія за зміни рівня потужності реактора майже не змінюється (або змінюється дуже незначно), то температурна зміна густини води - практично нульова, а це означає, що нульовою буде й густинна зміна реактивності реактора, а температурна зміна реактивності реактора цілком визначатиметься зміною величини ядерного ТЕР, яка відбувається внаслідок змін середньої температури палива в твелах зі зміною теплової потужності реактора (оскільки середній температурний напір між паливом твелів і ядром потоку теплоносія, що їх омиває, прямо пропорційний тепловій потужності реактора).
Звідси випливає, між іншим, важливий для оператора РУ висновок:
Величини ядерного ТКР, виміряні експериментально в конкретного реактора на різних рівнях його теплової потужності навіть за однакової середньої температури теплоносія, будуть неоднаковими.
Пояснюється це просто: по-перше, кожному рівню теплової потужності реактора навіть за сталої витрати теплоносія й навіть за сталої середньої температури теплоносія відповідає своя середня температура палива в його твелах; по-друге, навіть за однакової температури в усіх точках твела різні компоненти паливної суміші по-різному змінюють з кожним градусом зміни температури величини мікроперерізів поглинання (235U і 239Pu, на відміну від 238U та інших компонентів паливної композиції, не підлягають закону "1/v" і відхиляються від цього закону в різні боки та в неоднаковій мірі, внаслідок чого величина константи η59 c зростанням температури палива зменшується дедалі різкіше); по-третє, ефект Доплера зі зростанням температури палива впливає на величину імовірності уникнення резонансного захоплення φ дедалі сильніше, і характер цього впливу також нелінійний.
Другий висновок теж не з приємних:
Величина ядерного ТКР (а отже, і загального ТКР реактора) змінюється в процесі кампанії його активної зони.
Усе сказане разом з обґрунтованим побоюванням, як би така важлива характеристика реактора, як від'ємний ядерний ТКР (основа загального від'ємного ТКР реактора = основа стійкості роботи реактора на потужності), випадково не "вискочила" за межі, що гарантують стійкість реактора, змушує експлуатаційників:
- регулярно проводити фізичні вимірювання з метою перевірки дійсної величини від'ємного ТКР реактора на даний момент кампанії активної зони;
- шукати нові коректні методики експериментального визначення величини ТКР у робочих умовах (оскільки, як побачимо далі, наявні методики далекі від досконалості).