Пуск реактора и максимальнаяскорость введения положительной реактивности

Метод пуска реактора из подкритического состояния состо­ит в том, что реактивность меняется ступень­ками и после каждой ступеньки изучается поведение реактора.

Пусковой режим, обсуж­даемый в этом разделе, включает непрерыв­ное извлечение регулирующих стержней.

Предполагается, что реактивность изменяется непрерывно с постоянной скоростью а βэф/сек. Изменение реактивности продолжается до тех пор, пока не будет достигнут намеченный зара­нее период реактора (по периодомеру).

После достижения заданного периода
программу изменения реактивности изменяют, чтобы сохранить достигнутое значение периода вплоть до выхода реактора на мощность.

Таким образом, при определении вре­мени, необходимого для пуска реактора, оказывается важной средняя скорость изменения реактивности.

При оценке возможных эф­фектов, обусловленных неисправностями механизма перемещения стержней, важное зна­чение приобретает максимальная скорость изменения реактивности (в течение периодов извлечения).

Рассмотрим пусковой режим, который включает непрерыв­ное извлечение регулирующих стержней. Предполагается, что реактивность изменяется непрерывно с постоянной скоростью а βэф/сек.

При определении вре­мени, необходимого для пуска реактора, оказываются важными:

средняя скорость изменения реактивности и
максимальная скорость изменения реактивности
(в течение периодов извлечения ОР).

В качестве примера:

рассмотрим реактор, ко­торый в заглушенном состоянии имеет подкритичность 10 β эф и уровень мощности, соответ­ствующий источнику нейтронов.

Если этот реактор должен стать критическим в течение 1 часа, то за это время должна быть введена реактивность, несколько большая
10 β эф, что приводит к скорости а, равной около 1/360 β эф/сек.

Время выхода на мощность, после того как желаемый период достигнут, сравнительно невелико для значений периодов около 30 сек.
При таком периоде за 10 мин поток возрастает в
е²⁰ = 5 10⁸ раз.

Пусковая скорость а = 10/3600 = 1/360 βэф/сек оказывается приемлемой, если к моменту времени, когда достигается желаемый период (30с), уровень мощности достаточно высок для того, чтобы можно было точно снимать пока­зания с измерителя периода.

Можно сказать, что скорость изменения реактивности яв­ляется безопасной, если не происходит аварий даже тогда, когда вышла из строя система измерителя периода и сработала аварийная защита.

В этом случае предполагается, что введение реактивности продолжается после достижения желаемого периода до тех пор, пока не произойдет срабатывание системы аварийной остановки при превышении заранее заданного уровня мощности.

Опасная величина скорости введения реак­тивности может быть определена как величи­на, при которой при выходе из строя системы измерителя периода реактивность достигла бы значения, близкого к мгновенно-крити­ческому, за время, в течение которого про­исходит срабатывание системы аварийной оста­новки по уровню мощности.

В этом случае время запаздывания в измерителе мощности + время, необходимое для освобождения регу­лирующих стержней и прекращения ввода реактивности + время,
в течение кото­рого регулирующие стержни становятся эф­фективными --- могут дать вклад в полное время запаздывания, которое позволило бы пройти мгновенную критичность.

(они могут вводиться из областей вне активной зоны реактора, и поэтому требуется время для того, чтобы они стали эффективными)

В резуль­тате могут произойти серьезные нарушения нормальной работы реактора.

Максимально безопасным значением скорости введения реак­тивности было бы такое значение, при кото­ром за время, когда достигается выключение по уровню мощности, реактивность остава­лась ниже мгновенно-критической
на вели­чину, достаточную для того, чтобы исключить опасность аварии, несмотря на отмеченное выше время запаздывания

Предполагая, что скорость введения реак­тивности не очень велика, уровень мощно­сти в момент времени, когда реактор ста­новится критическим (для очень медленной скорости изменения реактивности), приближенно можно найти в виде

N₀/N_s = 10/(а τ)^1/2

где предполагается, что в начальном состоя­нии реактор имел подкритичность 10 βэф.

Это уравнение определяет уровень мощно­сти N в момент времени, когда реактивность выше критического значения на величину ρ.

Величина ρ есть значение, обратное уста­новившемуся периоду, соответствующему этой реактивности.

Для а = 1 /360 и значений ρ = 1/30 (пе­риод реактора равен 30 сек) и τ = 10 с
в предположении, что в момент времени, когда достигается период, равный 30 сек, уровень мощности N/Ns ~ 10³.

Если измеритель пе­риода действует на таком уровне мощности, пуск реактора при таких условиях практиче­ски осуществим.

При р = 1/20 (период ре­актора 20 сек) N/Ns = 2 10⁴. Таким обра­зом, когда показаниям измерителя периода нельзя доверять при N/N _s = 10³, но можно доверять при N/N_s = 2-10⁴, выбранный пу­сковой период должен равняться 20 сек.

При ρ = 1/20 (период ре­актора 20 сек)
N/Ns = 2 10⁴.

Таким обра­зом, если показаниям измерителя периода нельзя доверять при N/N _s = 10³,
но можно доверять при N/N_s = 2-10⁴,
выбранный пу­сковой период должен равняться
20 сек.

Если измеритель периода вышел из строя,
то реактивность продолжает вводиться до тех пор, пока не начнет действовать выключаю­щее устройство по уровню мощности при некоторой мощности N₁.

Без­опасное значение N₁ должно быть таким, чтобы реактивность все еще была значи­тельно ниже, чем мгновенно-критическое зна­чение.

Оценочные расчеты показывают, что реактивность в момент времени, когда дости­гается уровень мощности N₁, определенно ниже мгновенно-критического значения.

Для а = 1/360 и τ = 10 с можно получить N₁ /Ns < 10⁸.

Следовательно, выключение по любому уровню мощности, меньшему 10⁸, было бы удовлетворительным с точки зрения обеспечения безопасности работы для скорости введения реактивности а = 1/360

Можно оценить и максимальную скорость введения реактивности а, которая все еще обусловли­вает некоторый коэффициент безопасности ниже мгновенно-критического значения ре­активности в момент времени, когда дости­гается мощность N₁, при которой происходит выключение по уровню мощности.

Выбирая значение близким к действую­щему уровню мощности реактора, можно было бы получить приемлемый верхний предел для скорости введения реактивности.

Последнее уравнение показывает, что больший уровень мощности источника Ns обеспечи­вает большую безопасность, так как в этом случае можно увеличить скорость введения реактивности а или обеспечить более быстрый пуск реактора.

Очень большие источники можно получить в реакторах, содержащих Be и D₂0 за счет фотонейтронов, образующихся в результате взаимодействия у-излучения продуктов деления с ядрами Be или D.

С помощью расчетов было определено, что даже при непрерывной скорости ввода положительной реактивности 0.07 βэф/с реактор выводится в критическое состояние с периодом не короче 30 с.

Значение этой скорости принято в качестве максимально допустимой.

Действующие ПБЯ еще больше ограничивают эту скорость – запрещен режим с непрерывным вводом положительной реактивности.

Положительная реактивность может вводится в реактор только ступенями с весом шага не более
0.3 βэф.