Енергетичний реактор, хоча й може правити за об'єкт для академічних міркувань з приводу деяких його нейтронно-фізичних характеристик, створюється для утилітарнішої мети - одержання енергії.
Тому, хоча людям, які експлуатують реактор на АЕС, взагалі кажучи, небайдужі теоретичні головоломки, що править за "предмет тремтливих хвилювань" для теоретиків і проектантів, ступінь інтересу в них до теорії зовсім не той, що у проектантів. Добровільний інтерес експлуатаційника до теорії зумовлений не лише природним бажанням глибокої ерудиції; він підігрівається й прагненням проникнути в задуми творців реактора, який він експлуатує, для того, щоб знайти в них відповіді на природні запитання на кшталт: чому це зроблено так, а не інакше ?
І все ж експлуатаційник - не теоретик і не проектант, його призначення полягає зовсім в іншому, і в процесі своєї роботи він зобов'язаний думати про інші, практичніші, речі, пов'язані з безпекою реактора, ефективністю режимів його використання, параметрами, характеристиками тощо; чим меншою кількістю стійких у процесі кампанії робочих характеристик забезпечується безпечна експлуатація реактора, тим простіша робота оператора РУ, оскільки стійкі (тобто незмінні в процесі експлуатації) характеристики не потребують постійного контролю. Відповідно до відомого філософського принципу Оккама: не вигадуй зайвих сутностей, якщо можна обійтися без них.
Але повернімося до температурного ефекту реактивності. Якщо є такий феномен, якщо він такий важливий, і нікуди від нього не дітися, давайте поміркуймо: коли він виникає і коли він важливий?
По-перше, ТЕР важливий не так під час розігріву реактора (хоча й це не можна ігнорувати), як під час роботи реактора в енергетичних режимах (на різних рівнях потужності). По-друге, важливі для справи температурні зміни реактивності в працюючому реакторі, по суті, й виникають за зміни рівня потужності реактора. Тому для експлуатаційника було б цілком достатнім (і набагато простішим) мати лише одну характеристику: залежність реактивності від теплової потужності ρN = f (Np).
Аналогічно до визначення температурного ефекту реактивності:
Потужнісний ефект реактивності реактора на даному рівні його теплової потужності Np - це зміна реактивності реактора під час підйому його теплової потужності від О (від МКРП) до даного рівня.
І аналогічно до визначення температурного коефіцієнта реактивності:
Потужнісний коефіцієнт реактивності реактора на даному рівні теплової потужності Np - це зміна реактивності реактора під час підйому його теплової потужності на 1 МВт понад даний її рівень.
Такі характеристики є, вони позначаються відповідно ρN(Np) і αN(Np), вимірюються відповідно в % і в %/°C, взаємопов'язані між собою залежностями, аналогічними взаємозв'язкам ТЕР і ТКР:
Тому, хоча людям, які експлуатують реактор на АЕС, взагалі кажучи, небайдужі теоретичні головоломки, що править за "предмет тремтливих хвилювань" для теоретиків і проектантів, ступінь інтересу в них до теорії зовсім не той, що у проектантів. Добровільний інтерес експлуатаційника до теорії зумовлений не лише природним бажанням глибокої ерудиції; він підігрівається й прагненням проникнути в задуми творців реактора, який він експлуатує, для того, щоб знайти в них відповіді на природні запитання на кшталт: чому це зроблено так, а не інакше ?
І все ж експлуатаційник - не теоретик і не проектант, його призначення полягає зовсім в іншому, і в процесі своєї роботи він зобов'язаний думати про інші, практичніші, речі, пов'язані з безпекою реактора, ефективністю режимів його використання, параметрами, характеристиками тощо; чим меншою кількістю стійких у процесі кампанії робочих характеристик забезпечується безпечна експлуатація реактора, тим простіша робота оператора РУ, оскільки стійкі (тобто незмінні в процесі експлуатації) характеристики не потребують постійного контролю. Відповідно до відомого філософського принципу Оккама: не вигадуй зайвих сутностей, якщо можна обійтися без них.
Але повернімося до температурного ефекту реактивності. Якщо є такий феномен, якщо він такий важливий, і нікуди від нього не дітися, давайте поміркуймо: коли він виникає і коли він важливий?
По-перше, ТЕР важливий не так під час розігріву реактора (хоча й це не можна ігнорувати), як під час роботи реактора в енергетичних режимах (на різних рівнях потужності). По-друге, важливі для справи температурні зміни реактивності в працюючому реакторі, по суті, й виникають за зміни рівня потужності реактора. Тому для експлуатаційника було б цілком достатнім (і набагато простішим) мати лише одну характеристику: залежність реактивності від теплової потужності ρN = f (Np).
Аналогічно до визначення температурного ефекту реактивності:
Потужнісний ефект реактивності реактора на даному рівні його теплової потужності Np - це зміна реактивності реактора під час підйому його теплової потужності від О (від МКРП) до даного рівня.
І аналогічно до визначення температурного коефіцієнта реактивності:
Потужнісний коефіцієнт реактивності реактора на даному рівні теплової потужності Np - це зміна реактивності реактора під час підйому його теплової потужності на 1 МВт понад даний її рівень.
Такі характеристики є, вони позначаються відповідно ρN(Np) і αN(Np), вимірюються відповідно в % і в %/°C, взаємопов'язані між собою залежностями, аналогічними взаємозв'язкам ТЕР і ТКР:
Зображення
Усе добре: є можливість просто рахувати й враховувати зміни реактивності залежно від практичнішої величини - потужності реактора, - а про суто температурні зміни реактивності експлуатаційник міг би й забути, тому що швидкий потужнісний ефект (коефіцієнт) реактивності - ємніше поняття, ніж ТЕР (ТКР), тому що ПЕР (ПКР) включає в себе всі пов'язані зі змінами потужності ефекти реактивності реактора, зокрема й температурні ефекти: і густинний ТЕР (ТКР), зумовлений водою в активній зоні, і невеликі складові ядерного ТЕР (ТКР), пов'язані зі сповільнювачем і теплоносієм, і головну складову ядерного ТЕР, пов'язану з паливом. Принагідно можна було б забути й про те, яка температура активної зони є визначальним параметром для температурного ефекту реактивності - середня за об'ємом чи середньозважена, і перестати ламати голову над тим, як її коректно виміряти.
Усе добре, але лише за умови: залежність середньоефективної температури від потужності реактора має бути однозначною функцією. Чого насправді, на жаль, немає:
- по-перше, одна й та сама величина теплової потужності реактора
Np = Gт cp (tтвих - tтвх)
може бути одержана за різних комбінацій витрат теплоносія Gт і підігрівів теплоносія в активній зоні Δtт = tтвих - tтвх, а отже, у цих комбінаціях (з огляду на нелінійний характер збільшення температури теплоносія по висоті активної зони) змінюватиметься навіть величина середньоарифметичної температури теплоносія в активній зоні tтсер = 0.5(tтвх + tтвих), не кажучи вже про величину середньоефективної температури його; але це ще півбіди: зрештою енергетичний реактор можна експлуатувати за сталої величини витрати теплоносія (оптимальної розрахункової величини, що гарантує теплотехнічну надійність активної зони) - при цьому взаємозв'язок теплової потужності із середньою температурою теплоносія однозначний: кожній певній величині Np відповідає лише одне значення Δtт і tтсер;
- по-друге, одна й та сама величина теплової потужності реактора
Np = kтп S (tUсер - tтсер)
на одній і тій самій поверхні тепловіддачі твелів у реакторі S може бути одержана за різних комбінацій величини коефіцієнта теплопередачі kтп від палива до теплоносія та величини середнього температурного напору між паливом і ядром потоку теплоносія (Δt = tUсер- - tтсер; але в цьому випадку за сталості витрати теплоносія в будь-якому конкретному реакторі кожному певному рівню теплової потужності реактора відповідатиме лише одне значення Δt (або лише одна трійка певних значень kтп, tтсер і tUсер), оскільки тут людина безсила: тут порядкує Природа за допомогою законів теплотехніки;
- по-третє, величини середніх температур палива й теплоносія залежать від характеру розподілу тепловиділення по висоті реактора, а отже, від характеру вертикальної складової нейтронного поля активної зони (а це - дуже мінлива в процесі експлуатації активної зони складова).
Саме через неоднозначність залежності ρN = f(Np), через її мінливість у різних умовах експлуатації енергетичних реакторів оператори РУ змушені користуватися у своїх фізичних розрахунках і різними складовими ТЕР (або ТКР). Потреби у виконанні розрахунків за різних витрат теплоносія, за різних середніх температур палива, сповільнювача й теплоносія, в різні моменти кампанії активної зони диктують потребу точно знати величини всіх складових ТЕР (ТКР), а це, у свою чергу, породжує потребу мати такі складові ТЕР (ТКР), які можна коректно вимірювати експериментально в робочих умовах під час експлуатації реактора, оскільки вони змінюються в процесі кампанії.
А оскільки загальний температурний ефект реактивності реактора, як не крути, складається зі складових, що визначаються кожним матеріалом активної зони реактора, а кожен матеріал у різних умовах експлуатації може змінювати свою температуру в досить широких межах, і змінювати її як разом з температурними змінами інших матеріалів, у закономірному зв'язку температурних змін усіх матеріалів активної зони (унаслідок дії законів теплотехніки), так і незалежно від температурних змін в інших матеріалах (через те, що на природний процес роботи реактора чинить різноманітні керівні впливи людина), - унаслідок усього цього в умовах множинної неоднозначності характеристик температурних ефектів експлуатаційникові виявляється простіше мати справу зі складовими ТЕР за матеріалами активної зони.
Ці матеріальні складові ТЕР (ТКР) у різних типів реакторів різні, оскільки тип теплового енергетичного реактора якраз і визначається сукупністю використовуваних у ньому основних матеріалів - палива, сповільнювача й теплоносія.
- по-перше, одна й та сама величина теплової потужності реактора
Np = Gт cp (tтвих - tтвх)
може бути одержана за різних комбінацій витрат теплоносія Gт і підігрівів теплоносія в активній зоні Δtт = tтвих - tтвх, а отже, у цих комбінаціях (з огляду на нелінійний характер збільшення температури теплоносія по висоті активної зони) змінюватиметься навіть величина середньоарифметичної температури теплоносія в активній зоні tтсер = 0.5(tтвх + tтвих), не кажучи вже про величину середньоефективної температури його; але це ще півбіди: зрештою енергетичний реактор можна експлуатувати за сталої величини витрати теплоносія (оптимальної розрахункової величини, що гарантує теплотехнічну надійність активної зони) - при цьому взаємозв'язок теплової потужності із середньою температурою теплоносія однозначний: кожній певній величині Np відповідає лише одне значення Δtт і tтсер;
- по-друге, одна й та сама величина теплової потужності реактора
Np = kтп S (tUсер - tтсер)
на одній і тій самій поверхні тепловіддачі твелів у реакторі S може бути одержана за різних комбінацій величини коефіцієнта теплопередачі kтп від палива до теплоносія та величини середнього температурного напору між паливом і ядром потоку теплоносія (Δt = tUсер- - tтсер; але в цьому випадку за сталості витрати теплоносія в будь-якому конкретному реакторі кожному певному рівню теплової потужності реактора відповідатиме лише одне значення Δt (або лише одна трійка певних значень kтп, tтсер і tUсер), оскільки тут людина безсила: тут порядкує Природа за допомогою законів теплотехніки;
- по-третє, величини середніх температур палива й теплоносія залежать від характеру розподілу тепловиділення по висоті реактора, а отже, від характеру вертикальної складової нейтронного поля активної зони (а це - дуже мінлива в процесі експлуатації активної зони складова).
Саме через неоднозначність залежності ρN = f(Np), через її мінливість у різних умовах експлуатації енергетичних реакторів оператори РУ змушені користуватися у своїх фізичних розрахунках і різними складовими ТЕР (або ТКР). Потреби у виконанні розрахунків за різних витрат теплоносія, за різних середніх температур палива, сповільнювача й теплоносія, в різні моменти кампанії активної зони диктують потребу точно знати величини всіх складових ТЕР (ТКР), а це, у свою чергу, породжує потребу мати такі складові ТЕР (ТКР), які можна коректно вимірювати експериментально в робочих умовах під час експлуатації реактора, оскільки вони змінюються в процесі кампанії.
А оскільки загальний температурний ефект реактивності реактора, як не крути, складається зі складових, що визначаються кожним матеріалом активної зони реактора, а кожен матеріал у різних умовах експлуатації може змінювати свою температуру в досить широких межах, і змінювати її як разом з температурними змінами інших матеріалів, у закономірному зв'язку температурних змін усіх матеріалів активної зони (унаслідок дії законів теплотехніки), так і незалежно від температурних змін в інших матеріалах (через те, що на природний процес роботи реактора чинить різноманітні керівні впливи людина), - унаслідок усього цього в умовах множинної неоднозначності характеристик температурних ефектів експлуатаційникові виявляється простіше мати справу зі складовими ТЕР за матеріалами активної зони.
Ці матеріальні складові ТЕР (ТКР) у різних типів реакторів різні, оскільки тип теплового енергетичного реактора якраз і визначається сукупністю використовуваних у ньому основних матеріалів - палива, сповільнювача й теплоносія.