Кінетика реактора — це розділ теорії реакторів, що пояснює й описує закономірності поведінки реактора при ненульових реактивностях.
Мається на увазі закономірності перехідних процесів зміни величини густини теплових нейтронів (або густини потоку теплових нейтронів) в активній зоні реактора в часі, оскільки обидві ці величини пропорційні потужності реактора, тобто тій самій величині, контролем і керуванням якої покликаний займатися оператор реакторної установки.
Творець першого у світі ядерного реактора Е.Фермі одразу виявив, що якщо в активній зоні критичного реактора перемістити вгору будь-який стрижень-поглинач і залишити його на деякий час у новому положенні, то густина потоку теплових нейтронів у реакторі при такій дії наростає нелінійно: спочатку вимірювач нейтронної густини показує відносно швидке наростання густини нейтронів, потім темп її наростання сповільнюється (потужність ніби “завмирає”), а потім знову починає збільшуватися дедалі більшим темпом за законом, дуже близьким до експоненціального. І якщо стрижень-поглинач не повернути в первісне положення, величина густини нейтронів (і пропорційна їй величина потужності реактора) може з часом зрости до дуже великої величини, що загрожує перегрівом і руйнуванням твелів в активній зоні внаслідок недостатнього тепловідведення від них.
При опусканні стрижня-поглинача в початкове (критичне) положення величина густини нейтронів у реакторі стабілізується на тому рівні, якого досяг реактор на момент повного досягнення стрижнем критичного положення.
Якщо з цього самого критичного положення опустити стрижень-поглинач ще нижче й залишити в новому положенні, картина спадання величини густини нейтронів у реакторі виявляється якісно схожою: спочатку настає відносно різкий стрибок густини нейтронів униз, а потім темп спаду цієї величини сповільнюється , переходячи в плавне її зменшення за законом, близьким до експоненціального. І для того, щоб зупинити спад величини густини нейтронів нижче потрібного рівня, потрібно підняти стрижень-поглинач у початкове (критичне) положення, при якому густина нейтронів (і потужність реактора) стабілізується на новому, нижчому рівні.
Що означає переміщення стрижня-поглинача з його критичного положення вгору чи вниз, нам уже зрозуміло: це виведення реактора з критичного стану шляхом надання йому додатної або від'ємної реактивності. Отже, так реагує ядерний реактор на надання йому додатної або від'ємної реактивності. І всі описані закономірності зміни густини нейтронів у часі (початкові стрибки, що переходять в експоненціальні зміни ) , як було з'ясовано згодом, притаманні не тільки реактору Е.Фермі, а й усім реакторам узагалі (незалежно від типу й класу).
Ці закономірності особливо легко відчутні для реакторів невеликих розмірів і на дуже малих рівнях потужності; для того, щоб їх виявити, виявляється достатнім за допомогою приладу-самописця зробити запис кількох перехідних процесів зміни густини нейтронів при наданні реактору додатної або від'ємної реактивності невеликої величини. У реакторах великих розмірів і на великих рівнях потужності ці закономірності діють достоту так само, як і в малих, але безпосередньо виявити їх практично не можна через безліч паралельно (одночасно) діючих на реактор інших ефектів реактивності.
Наприклад, зі зміною потужності реактора при незмінній витраті теплоносія через його активну зону явно має змінюватися середня температура палива в його твелах (що спричиняє дію доплерівської зміни реактивності реактора). У міру прогріву (або охолодження) теплоносія вступає в дію складова температурного ефекту реактивності теплоносія. Причому обидва ефекти діють одночасно з дією ефекту переміщення стрижня-поглинача так, що сумарна величина реактивності, яка діє на реактор, природно, не лишається сталою в часі.
Тому, якщо стежити за величиною теплової потужності реактора при наданні йому реактивності на значному рівні потужності, то виявляється, що зміна величини теплової потужності реактора спричиняється не лише тією величиною реактивності, яка надається реактору шляхом переміщення стрижня-поглинача, а й величинами реактивності, що народжуються в перехідному процесі за рахунок самої зміни теплової потужності.
Ось чому, для того, щоб виділити закономірність зміни густини нейтронів у реакторі від величини первісно наданої йому реактивності (незалежно від її походження), треба ставити експеримент на мінімально контрольованому рівні потужності (МКРП) реактора, бо лише за таких умов температурні, потужнісні й інші зміни реактивності зневажливо малі, а отже, не спотворять величину первісно наданої реактору реактивності.
Саме заради з'ясування закономірностей перехідних процесів зміни густини нейтронів при наданні критичному реактору реактивності тих чи інших величини й знака в теорії реакторів уводиться умовне ідеальне поняття “холодного” реактора, тобто такого уявного реактора, в якому збурення за реактивністю призводить лише до змін густини нейтронів, але не тягне за собою змін теплової потужності реактора. Тим самим, отже, усувається вплив на поведінку реактора інших ефектів реактивності, що супроводжують зміни потужності реактора. Іншими словами, у першому наближенні «холодним» можна вважати реальний реактор, що працює на мінімально контрольованому рівні потужності, оскільки будь-які перехідні процеси на МКРП не призводять до помітних змін теплової потужності, а отже, - і до істотних змін температур палива, сповільнювача й теплоносія, що спричиняють появу часткових ефектів реактивності, які спотворюють кінетичну картину.
Згодом, накладаючи на картину з'ясованих кінетичних закономірностей «холодного» реактора картини закономірностей прояву часткових (температурного, потужнісного, густинного) ефектів реактивності, ми спробуємо відтворити складніші закономірності поведінки величини теплової потужності реактора, оскільки саме потужність реактора є предметом інтересу для практика-оператора реакторної установки.
Мається на увазі закономірності перехідних процесів зміни величини густини теплових нейтронів (або густини потоку теплових нейтронів) в активній зоні реактора в часі, оскільки обидві ці величини пропорційні потужності реактора, тобто тій самій величині, контролем і керуванням якої покликаний займатися оператор реакторної установки.
Творець першого у світі ядерного реактора Е.Фермі одразу виявив, що якщо в активній зоні критичного реактора перемістити вгору будь-який стрижень-поглинач і залишити його на деякий час у новому положенні, то густина потоку теплових нейтронів у реакторі при такій дії наростає нелінійно: спочатку вимірювач нейтронної густини показує відносно швидке наростання густини нейтронів, потім темп її наростання сповільнюється (потужність ніби “завмирає”), а потім знову починає збільшуватися дедалі більшим темпом за законом, дуже близьким до експоненціального. І якщо стрижень-поглинач не повернути в первісне положення, величина густини нейтронів (і пропорційна їй величина потужності реактора) може з часом зрости до дуже великої величини, що загрожує перегрівом і руйнуванням твелів в активній зоні внаслідок недостатнього тепловідведення від них.
При опусканні стрижня-поглинача в початкове (критичне) положення величина густини нейтронів у реакторі стабілізується на тому рівні, якого досяг реактор на момент повного досягнення стрижнем критичного положення.
Якщо з цього самого критичного положення опустити стрижень-поглинач ще нижче й залишити в новому положенні, картина спадання величини густини нейтронів у реакторі виявляється якісно схожою: спочатку настає відносно різкий стрибок густини нейтронів униз, а потім темп спаду цієї величини сповільнюється , переходячи в плавне її зменшення за законом, близьким до експоненціального. І для того, щоб зупинити спад величини густини нейтронів нижче потрібного рівня, потрібно підняти стрижень-поглинач у початкове (критичне) положення, при якому густина нейтронів (і потужність реактора) стабілізується на новому, нижчому рівні.
Що означає переміщення стрижня-поглинача з його критичного положення вгору чи вниз, нам уже зрозуміло: це виведення реактора з критичного стану шляхом надання йому додатної або від'ємної реактивності. Отже, так реагує ядерний реактор на надання йому додатної або від'ємної реактивності. І всі описані закономірності зміни густини нейтронів у часі (початкові стрибки, що переходять в експоненціальні зміни ) , як було з'ясовано згодом, притаманні не тільки реактору Е.Фермі, а й усім реакторам узагалі (незалежно від типу й класу).
Ці закономірності особливо легко відчутні для реакторів невеликих розмірів і на дуже малих рівнях потужності; для того, щоб їх виявити, виявляється достатнім за допомогою приладу-самописця зробити запис кількох перехідних процесів зміни густини нейтронів при наданні реактору додатної або від'ємної реактивності невеликої величини. У реакторах великих розмірів і на великих рівнях потужності ці закономірності діють достоту так само, як і в малих, але безпосередньо виявити їх практично не можна через безліч паралельно (одночасно) діючих на реактор інших ефектів реактивності.
Наприклад, зі зміною потужності реактора при незмінній витраті теплоносія через його активну зону явно має змінюватися середня температура палива в його твелах (що спричиняє дію доплерівської зміни реактивності реактора). У міру прогріву (або охолодження) теплоносія вступає в дію складова температурного ефекту реактивності теплоносія. Причому обидва ефекти діють одночасно з дією ефекту переміщення стрижня-поглинача так, що сумарна величина реактивності, яка діє на реактор, природно, не лишається сталою в часі.
Тому, якщо стежити за величиною теплової потужності реактора при наданні йому реактивності на значному рівні потужності, то виявляється, що зміна величини теплової потужності реактора спричиняється не лише тією величиною реактивності, яка надається реактору шляхом переміщення стрижня-поглинача, а й величинами реактивності, що народжуються в перехідному процесі за рахунок самої зміни теплової потужності.
Ось чому, для того, щоб виділити закономірність зміни густини нейтронів у реакторі від величини первісно наданої йому реактивності (незалежно від її походження), треба ставити експеримент на мінімально контрольованому рівні потужності (МКРП) реактора, бо лише за таких умов температурні, потужнісні й інші зміни реактивності зневажливо малі, а отже, не спотворять величину первісно наданої реактору реактивності.
Саме заради з'ясування закономірностей перехідних процесів зміни густини нейтронів при наданні критичному реактору реактивності тих чи інших величини й знака в теорії реакторів уводиться умовне ідеальне поняття “холодного” реактора, тобто такого уявного реактора, в якому збурення за реактивністю призводить лише до змін густини нейтронів, але не тягне за собою змін теплової потужності реактора. Тим самим, отже, усувається вплив на поведінку реактора інших ефектів реактивності, що супроводжують зміни потужності реактора. Іншими словами, у першому наближенні «холодним» можна вважати реальний реактор, що працює на мінімально контрольованому рівні потужності, оскільки будь-які перехідні процеси на МКРП не призводять до помітних змін теплової потужності, а отже, - і до істотних змін температур палива, сповільнювача й теплоносія, що спричиняють появу часткових ефектів реактивності, які спотворюють кінетичну картину.
Згодом, накладаючи на картину з'ясованих кінетичних закономірностей «холодного» реактора картини закономірностей прояву часткових (температурного, потужнісного, густинного) ефектів реактивності, ми спробуємо відтворити складніші закономірності поведінки величини теплової потужності реактора, оскільки саме потужність реактора є предметом інтересу для практика-оператора реакторної установки.