Великі кампанії активних зон енергетичних реакторів вимагають великих початкових запасів реактивності (15 ÷ 22 βе), а отже, і великих кількостей поглиначів для їх компенсації. Але переміщення в активній зоні «важких» поглиначів може викликати сильне спотворення нейтронного поля в реакторі, збільшуючи нерівномірність розподілу Ф(r,H) і тим самим знижуючи економічні показники роботи енергоблока. Більше того, в деяких випадках перекоси нейтронного поля можуть бути небезпечними, бо вони призводять до виникнення нестійкості нейтронного поля в реакторі.
Що ж робити в такому разі? – Перша думка, що закономірно виникає: необхідно зробити так, щоб введення поглинача в активну зону було рівномірним по всьому об'єму активної зони. Цю ідею й реалізовано в борному регулюванні: рідкий поглинач (борна кислота H3BO3) уводять у теплоносій (воду) первинного контуру, і оскільки теплоносій безперервно циркулює крізь активну зону реактора, в останній у будь-який момент часу міститиметься строго визначена кількість бору, що дорівнює добутку концентрації борної кислоти в теплоносії на величину об'єму, який займає теплоносій в активній зоні. Отже, якщо величина концентрації борної кислоти у воді первинного контуру стала, то борна кислота, що міститься в об'ємі активної зони, компенсує певну сталу величину запасу реактивності, а якщо концентрація борної кислоти в первинному контурі змінюватиметься, то змінюватиметься й скомпенсований запас реактивності реактора. У цьому – первинний зміст борного регулювання.
Таким чином, на початку кампанії, створюючи досить високу концентрацію борної кислоти у воді, домагаються компенсації більшої частини початкового загального запасу реактивності, залишаючи на частку оперативного запасу невелику величину, потрібну для забезпечення маневрування реактора й таку, що не перевищує величини (0.6÷0.7)βе, яка забезпечує виключення виникнення ядерно небезпечних ситуацій навіть у разі помилок операторів, пов'язаних зі вивільненням великих додатних реактивностей під час переміщень рухомих поглиначів в активній зоні.
Борне регулювання (на відміну від регулювання реактора за допомогою рухомих поглиначів) за будь-яких передбачених змін концентрації борної кислоти практично не змінює форми поля теплових нейтронів в активній зоні.
Оскільки первинний контур АЕУ реакторів типу ВВЕР, на жаль, не герметичний (існують так звані контрольовані протікання з циркуляційних насосів первинного контуру), разом із протіканнями теплоносія з первинного контуру безперервно повільно зникає й рідкий поглинач. Для відновлення витоків борної кислоти з первинного контуру та для зміни її концентрації з метою забезпечення заданої безпечної величини оперативного запасу реактивності до складу реакторної установки з ВВЕР передбачено систему борного регулювання. Вона складається з насосів борного регулювання, місткостей для приготування й зберігання розчинів борної кислоти та сполучних трубопроводів.
У звичайному режимі систему борного регулювання скомпоновано таким чином, що, здійснюючи забір розчину з робочої місткості з концентрацією, що дорівнює концентрації борної кислоти в первинному контурі, насоси борного регулювання подають цей розчин на всмоктування штатних насосів системи підживлення первинного контуру, відновлюючи витоки з контуру води й борної кислоти та, тим самим, підтримуючи величину концентрації борної кислоти у воді первинного контуру сталою.
За потреби зменшення величини оперативного запасу реактивності реактора система борного регулювання працює за тією самою схемою, виключаючи лише те, що забір розчину насоси здійснюють не з місткості з поточним значенням концентрації борної кислоти, а з місткості з концентрацією її, що дорівнює 40 г/кг (вважається, що розчин із Cк = 40 г/кг – концентрований розчин борної кислоти), в якій цей розчин підготовлено заздалегідь.
За потреби підвищення величини оперативного запасу реактивності підживлення первинного контуру здійснюють уже не розчином борної кислоти, а чистим дистилятом, тим самим змінюючи звичайний баланс між витоком борної кислоти (разом із протіканнями первинного контуру) та її відновленням (від системи борного регулювання). Простіше кажучи, підживленням первинного контуру чистою водою домагаються зниження концентрації кислоти в контурі шляхом розбавлення розчину в ньому чистою водою.
Таким чином, головними перевагами борного регулювання, що зумовили застосування цього способу регулювання у вітчизняних ВВЕР, є:
- «м'якість» регулювання, тобто незмінність під час регулювання форми нейтронного поля в активній зоні реактора;
- можливість підтримання поточної величини оперативного запасу реактивності реактора в потрібних безпечних межах, що виключають виникнення режимів некерованого розгону реактора внаслідок вивільнення великих додатних реактивностей у разі випадкових помилкових дій оперативного персоналу.
Що ж робити в такому разі? – Перша думка, що закономірно виникає: необхідно зробити так, щоб введення поглинача в активну зону було рівномірним по всьому об'єму активної зони. Цю ідею й реалізовано в борному регулюванні: рідкий поглинач (борна кислота H3BO3) уводять у теплоносій (воду) первинного контуру, і оскільки теплоносій безперервно циркулює крізь активну зону реактора, в останній у будь-який момент часу міститиметься строго визначена кількість бору, що дорівнює добутку концентрації борної кислоти в теплоносії на величину об'єму, який займає теплоносій в активній зоні. Отже, якщо величина концентрації борної кислоти у воді первинного контуру стала, то борна кислота, що міститься в об'ємі активної зони, компенсує певну сталу величину запасу реактивності, а якщо концентрація борної кислоти в первинному контурі змінюватиметься, то змінюватиметься й скомпенсований запас реактивності реактора. У цьому – первинний зміст борного регулювання.
Таким чином, на початку кампанії, створюючи досить високу концентрацію борної кислоти у воді, домагаються компенсації більшої частини початкового загального запасу реактивності, залишаючи на частку оперативного запасу невелику величину, потрібну для забезпечення маневрування реактора й таку, що не перевищує величини (0.6÷0.7)βе, яка забезпечує виключення виникнення ядерно небезпечних ситуацій навіть у разі помилок операторів, пов'язаних зі вивільненням великих додатних реактивностей під час переміщень рухомих поглиначів в активній зоні.
Борне регулювання (на відміну від регулювання реактора за допомогою рухомих поглиначів) за будь-яких передбачених змін концентрації борної кислоти практично не змінює форми поля теплових нейтронів в активній зоні.
Оскільки первинний контур АЕУ реакторів типу ВВЕР, на жаль, не герметичний (існують так звані контрольовані протікання з циркуляційних насосів первинного контуру), разом із протіканнями теплоносія з первинного контуру безперервно повільно зникає й рідкий поглинач. Для відновлення витоків борної кислоти з первинного контуру та для зміни її концентрації з метою забезпечення заданої безпечної величини оперативного запасу реактивності до складу реакторної установки з ВВЕР передбачено систему борного регулювання. Вона складається з насосів борного регулювання, місткостей для приготування й зберігання розчинів борної кислоти та сполучних трубопроводів.
У звичайному режимі систему борного регулювання скомпоновано таким чином, що, здійснюючи забір розчину з робочої місткості з концентрацією, що дорівнює концентрації борної кислоти в первинному контурі, насоси борного регулювання подають цей розчин на всмоктування штатних насосів системи підживлення первинного контуру, відновлюючи витоки з контуру води й борної кислоти та, тим самим, підтримуючи величину концентрації борної кислоти у воді первинного контуру сталою.
За потреби зменшення величини оперативного запасу реактивності реактора система борного регулювання працює за тією самою схемою, виключаючи лише те, що забір розчину насоси здійснюють не з місткості з поточним значенням концентрації борної кислоти, а з місткості з концентрацією її, що дорівнює 40 г/кг (вважається, що розчин із Cк = 40 г/кг – концентрований розчин борної кислоти), в якій цей розчин підготовлено заздалегідь.
За потреби підвищення величини оперативного запасу реактивності підживлення первинного контуру здійснюють уже не розчином борної кислоти, а чистим дистилятом, тим самим змінюючи звичайний баланс між витоком борної кислоти (разом із протіканнями первинного контуру) та її відновленням (від системи борного регулювання). Простіше кажучи, підживленням первинного контуру чистою водою домагаються зниження концентрації кислоти в контурі шляхом розбавлення розчину в ньому чистою водою.
Таким чином, головними перевагами борного регулювання, що зумовили застосування цього способу регулювання у вітчизняних ВВЕР, є:
- «м'якість» регулювання, тобто незмінність під час регулювання форми нейтронного поля в активній зоні реактора;
- можливість підтримання поточної величини оперативного запасу реактивності реактора в потрібних безпечних межах, що виключають виникнення режимів некерованого розгону реактора внаслідок вивільнення великих додатних реактивностей у разі випадкових помилкових дій оперативного персоналу.