Відомі два основні способи розміщення ВП - гомогенний і гетерогенний.
За гомогенного способу вигоральний поглинач можна використовувати в суміші з паливною композицією всередині твелів. Цілком очевидно, що в цьому випадку Фвп/Фт = 1, оскільки паливо і ВП працюють в однаковому потоці нейтронів. За помірних завантажень ВП (а вони завжди мають бути помірними) відносна швидкість вигоряння ВП виходить недостатньо високою, щоб вивільненням реактивності від вигоряння ВП компенсувати втрати реактивності за рахунок вигоряння і шлакування палива. Тому цей спосіб у чистому вигляді в енергетичних реакторах, що використовують борний або гадолінієвий ВП, застосування не знайшов.
За гетерогенного способу розміщення вигоральний поглинач поміщають у спеціальні стрижні з ВП, що їх називають борно-берилієвими (ББС) або гадоліній-берилієвими (ГБС) стрижнями. Кожен такий стрижень, як і твел, має герметичну оболонку з цирконієвого сплаву або з нержавної сталі, що запобігає виходу продуктів реакцій з наповнювача стрижня в теплоносій, який його омиває.
Якщо стрижні з ВП розмістити на периферії ТВЗ або поза нею (у сповільнювачі), ВП працює в області вищої густини потоку нейтронів, ніж паливо твелів, і тому Фвп/Фт > 1, тобто ВП вигоряє з відносно вищою швидкістю, ніж той самий ВП при гомогенному його розміщенні, а це означає, що є можливість підібрати ВП з такою початковою концентрацією і з таким ступенем розбавлення його оксидом берилію, за яких швидкість вивільнення реактивності при вигорянні ВП (принаймні приблизно) компенсуватиме сумарні втрати реактивності за рахунок вигоряння і шлакування палива.
І хоча створити таку ідеальну компенсацію впродовж усієї кампанії, мабуть, неможливо, але за допомогою гетерогенного розміщення ВП можна скомпенсувати значну частину початкового запасу реактивності реактора і при цьому істотно вирівняти нейтронне поле в активній зоні реактора (як за радіусом, так і за висотою).
При використанні ВП у гетерогенному варіанті характерні два полярні випадки його застосування:
а) Випадок неблокованого (або слабкоекранованого) ВП. У назві мається на увазі слабкий внутрішній блок-ефект у стрижнях з ВП, який так само властивий стрижням з ВП, як і стрижням з паливом у реакторі. Слабкого внутрішнього блок-ефекту досягають шляхом сильного розбавлення ВП оксидом берилію: чим вищий ступінь розбавлення, тим менша величина коефіцієнта екранування стрижня з ВП (відношення максимального значення густини потоку теплових нейтронів на поверхні стрижня до його середньорадіального значення), і оскільки коефіцієнт екранування не дуже істотно перевищує одиницю, вигоральний компонент у стрижні вигоряє одразу більшою частиною свого об'єму і з відносно високою швидкістю, а тому - відносно швидко. Тому весь запас реактивності, який здатен вивільнити неблокований ВП внаслідок свого вигоряння, вивільняється в першій половині кампанії реактора, що далеко не завжди зручно.
За гомогенного способу вигоральний поглинач можна використовувати в суміші з паливною композицією всередині твелів. Цілком очевидно, що в цьому випадку Фвп/Фт = 1, оскільки паливо і ВП працюють в однаковому потоці нейтронів. За помірних завантажень ВП (а вони завжди мають бути помірними) відносна швидкість вигоряння ВП виходить недостатньо високою, щоб вивільненням реактивності від вигоряння ВП компенсувати втрати реактивності за рахунок вигоряння і шлакування палива. Тому цей спосіб у чистому вигляді в енергетичних реакторах, що використовують борний або гадолінієвий ВП, застосування не знайшов.
За гетерогенного способу розміщення вигоральний поглинач поміщають у спеціальні стрижні з ВП, що їх називають борно-берилієвими (ББС) або гадоліній-берилієвими (ГБС) стрижнями. Кожен такий стрижень, як і твел, має герметичну оболонку з цирконієвого сплаву або з нержавної сталі, що запобігає виходу продуктів реакцій з наповнювача стрижня в теплоносій, який його омиває.
Якщо стрижні з ВП розмістити на периферії ТВЗ або поза нею (у сповільнювачі), ВП працює в області вищої густини потоку нейтронів, ніж паливо твелів, і тому Фвп/Фт > 1, тобто ВП вигоряє з відносно вищою швидкістю, ніж той самий ВП при гомогенному його розміщенні, а це означає, що є можливість підібрати ВП з такою початковою концентрацією і з таким ступенем розбавлення його оксидом берилію, за яких швидкість вивільнення реактивності при вигорянні ВП (принаймні приблизно) компенсуватиме сумарні втрати реактивності за рахунок вигоряння і шлакування палива.
І хоча створити таку ідеальну компенсацію впродовж усієї кампанії, мабуть, неможливо, але за допомогою гетерогенного розміщення ВП можна скомпенсувати значну частину початкового запасу реактивності реактора і при цьому істотно вирівняти нейтронне поле в активній зоні реактора (як за радіусом, так і за висотою).
При використанні ВП у гетерогенному варіанті характерні два полярні випадки його застосування:
а) Випадок неблокованого (або слабкоекранованого) ВП. У назві мається на увазі слабкий внутрішній блок-ефект у стрижнях з ВП, який так само властивий стрижням з ВП, як і стрижням з паливом у реакторі. Слабкого внутрішнього блок-ефекту досягають шляхом сильного розбавлення ВП оксидом берилію: чим вищий ступінь розбавлення, тим менша величина коефіцієнта екранування стрижня з ВП (відношення максимального значення густини потоку теплових нейтронів на поверхні стрижня до його середньорадіального значення), і оскільки коефіцієнт екранування не дуже істотно перевищує одиницю, вигоральний компонент у стрижні вигоряє одразу більшою частиною свого об'єму і з відносно високою швидкістю, а тому - відносно швидко. Тому весь запас реактивності, який здатен вивільнити неблокований ВП внаслідок свого вигоряння, вивільняється в першій половині кампанії реактора, що далеко не завжди зручно.
Зображення
Рис.18.1. Ілюстрації внутрішнього блок-ефекту в неблокованому (а) і блокованому (б) стрижнях з ВП та якісний характер вивільнення реактивності за рахунок вигоряння таких стрижнів.
б) Випадок блокованого застосування ВП. Блоковане використання ВП досягається шляхом відносно слабкого розбавлення ВП оксидом берилію. У цьому випадку поглинальна здатність вмісту стрижня виходить високою, але сильний внутрішній блок-ефект не дає змоги тепловим нейтронам глибоко проникати всередину стрижня, і поглинач стрижня працює у великому потоці нейтронів лише периферійною частиною свого об'єму (“обгоряє” з поверхні). При цьому початкова швидкість вигоряння ВП виходить відносно невисокою, і швидкості вивільнення реактивності від вигоряння ВП не вистачає для компенсації втрат реактивності від вигоряння і шлакування палива. Але з плином часу роботи реактора в міру “обгоряння” стрижня відбувається поступове його розблокування, стрижень починає працювати в нейтронному потоці дедалі більшою частиною свого глибинного об'єму, швидкість вигоряння (і швидкість вивільнення реактивності від вигоряння ВП) збільшується й стає більшою, ніж сумарна швидкість втрат реактивності внаслідок вигоряння і шлакування палива (рис.18.1б). На рис.18.1 показано також пару принципово можливих проміжних випадків використання ВП, що реалізуються за допомогою вищого розбавлення ВП оксидом берилію.
б) Випадок блокованого застосування ВП. Блоковане використання ВП досягається шляхом відносно слабкого розбавлення ВП оксидом берилію. У цьому випадку поглинальна здатність вмісту стрижня виходить високою, але сильний внутрішній блок-ефект не дає змоги тепловим нейтронам глибоко проникати всередину стрижня, і поглинач стрижня працює у великому потоці нейтронів лише периферійною частиною свого об'єму (“обгоряє” з поверхні). При цьому початкова швидкість вигоряння ВП виходить відносно невисокою, і швидкості вивільнення реактивності від вигоряння ВП не вистачає для компенсації втрат реактивності від вигоряння і шлакування палива. Але з плином часу роботи реактора в міру “обгоряння” стрижня відбувається поступове його розблокування, стрижень починає працювати в нейтронному потоці дедалі більшою частиною свого глибинного об'єму, швидкість вигоряння (і швидкість вивільнення реактивності від вигоряння ВП) збільшується й стає більшою, ніж сумарна швидкість втрат реактивності внаслідок вигоряння і шлакування палива (рис.18.1б). На рис.18.1 показано також пару принципово можливих проміжних випадків використання ВП, що реалізуються за допомогою вищого розбавлення ВП оксидом берилію.