Материал: Белозеров В.И., Жук М.М., Кузина Ю.А., Терновых М.Ю. Физика и эксплуатационные режимы реактора ВВЭР-1000

По сравнению с другими типами нейтронно-чувствительных детекторов ДПЗ обладают следующими преимуществами:

-малые габариты позволяют разместить в реакторе большое количество детекторов, необходимое для получения детальной картины распределения энерговыделения по объёму активной зоны;

-ДПЗ не требуют внешнего источника питания, имеют достаточно высокую надёжность, их чувствительность мало меняется в процессе эксплуатации, и эти изменения можно скорректировать расчётным путём;

-ДПЗ просты по конструкции, технологичны при изготовлении, имеют хорошую воспроизводимость параметров (разброс чувствительности не более 1%).

Наряду с этим ДПЗ присущи и некоторые недостатки: небольшой выходной сигнал – в реакторах ВВЭР-1000 на номинальной мощности их выходной ток составляет единицы микроампер; сравнительно большая постоянная времени (порядка 1 минуты); зависимость чувствительности ДПЗ от различных параметров, характеризующих состояние активной зоны (выгорание, обогащение ближайших твэлов, концентрация борной кислоты, температура теплоносителя и т.д.), и от выгорания эмиттера ДПЗ.

В 64 тепловыделяющие сборки без ОР СУЗ при сборке ВКУ реактора выдвигаются из БЗТ в центральные трубки ТВС каналы нейтронного измерения (КНИ). Каждый КНИ представляет собой герметичную трубку из нержавеющей стали (чехол) диаметром 7,5±0,15 мм с детекторами (датчиками) потока нейтронов. Каждый датчик представляет собой кусок проволоки из родия диаметром 0,5 мм длиной 250 мм, заключенный в трубочку электроизоляции.

В датчике использован принцип прямого преобразования энергии потока нейтронов в электрический ток. При взаимодействии

нейтронов с родием 10345 Rh образуется изотоп 10445 Rh, который затем

распадается с испусканием бета-частиц. Материал и толщина изолирующей трубки на родиевой проволоке подобраны так, что бетачастицы пролетают сквозь нее и создают этим электрический ток, пропорциональный плотности потока нейтронов на этот датчик. Период полураспада родия (44 с) позволяет достаточно оперативно получать информацию о распределении плотности потока нейтронов. По кабелю выходной сигнал ДПЗ выводится за пределы реак-

266

тора. Радиоактивное превращение родия осуществляется по формулам

Этот активационный компонент составляет основную часть (до 90 %) выходного сигнала ДПЗ. Он имеет две основные составляющие, соответствующие периодам полураспада, приведённым в формулах.

Кроме того, часть выходного сигнала ДПЗ обусловлена электронами, образующимися на эмиттере под воздействием гаммаизлучения в результате фотоэффекта и комптон-эффекта. Мгновенный компонент, вызванный гамма-квантами, составляет 7–8 % активационной составляющей. Существенно, что этот компонент практически безынерционен.

Третья составляющая сигнала ДПЗ обусловлена током, образующимся в линии связи при воздействии на неё внутриреакторных излучений. Этот так называемый фоновый компонент пропорционален длине линии связи, находящейся в активной зоне. Её доля может доходить до 10% общего выходного сигнала. Чтобы скомпенсировать её влияние, в кабеле предусмотрена фоновая жила, вырабатывающая фоновый ток, который в измерительной аппаратуре должен быть вычтен из тока основной жилы.

По высоте чехла КНИ расположены 7 датчиков (каждый длиной 250 мм, расстояние между их центрами 437,5 мм) и фоновый датчик. Фоновый датчик выполнен аналогично линии связи основного датчика.

Каналы КНИ имеют герметичные выводы кабелей через специальные фланцы на крышке реактора. Срок службы КНИ составляет несколько кампаний (до четырёх), за это время показания датчиков уменьшаются на 15–25 % из-за выгорания родия в потоке нейтронов. Поэтому для обработки показаний датчиков КНИ применен автономный вычислительный комплекс из ЭВМ со специальным программным обеспечением.

С помощью расчетных методов осуществляется пересчет токов ДПЗ в энерговыделение тех ТВС, в которых расположены датчики, и «восстановление» энерговыделения в ТВС, где датчики отсутствуют.

267

одну сторону экрана, а их линии связи – по другую. Узел уплотнения расположен в верхней части КНИ и предназначен для обеспечения герметичности 1-го контура при появлении течи в защитной арматуре.

8.17. Нейтронно-физические программы, используемые на АЭС

Созданный в НИЦ КИ комплекс программ КАСКАД (рис. 8.18) предназначен для проведения нейтрон-но-физических расчетов активных зон реакторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 и для формирования

268

соответствующего набора выходных данных в автоматическом режиме.

Рис. 8.18. Внешний вид графической оболочки Каскад

Винтегрированной среде комплекса имеется множество функций, позволяющих максимально облегчить работу пользователя, начиная с момента подготовки и хранения данных и оканчивая анализом результатов расчетов по входящим в комплекс программам, включая возможности последующего использования результатов в документах.

Всостав комплекса КАСКАД включены следующие основные расчетные модули:

-программа БИПР-7А, предназначенная для выполнения крупносеточного трехмерного расчета активной зоны ВВЭР;

-программа ПЕРМАК-А, предназначенная для выполнения мелкосеточных (потвэльных) малогрупповых двумерных диффузионных расчетов как в одном, так и в нескольких поперечных сечениях активных зон ВВЭР;

269

-библиотеки коэффициентов аппроксимации (БКА);

-ХИПИ-А – система хранения и поиска информации, обеспечивает взаимодействие программ, входящих в комплекс;

-программа ТЕПЛО, предназначенная для расчета теплофизических характеристик топлива, теплоносителя и оболочек твэлов, а также минимального запаса до кризиса теплообмена;

-программа ALBUM, обеспечивающая обработку и графическую выдачу различных результатов;

-программа KSK – модуль графического пользовательского интерфейса, представляет собой систему интерактивного управления процессами подготовки данных, проведения расчетов и просмотра результатов нейтронно-физических расчетов, осуществляемых комплексом КАСКАД;

-программа ПРОРОК, обеспечивающая возможность формирования стационарных и переходных топливных загрузок в интерактивном режиме с использованием блока автоматической оптимизации.

Комплекс программ снабжен библиотеками нейтроннофизических констант для всех видов топлива, находящегося в эксплуатации. Библиотеки констант для программ БИПР7-А и ПЕР- МАК-А сформированы при помощи программы ТВС-М.

Программа БИПР-7А предназначена для выполнения нейтрон- но-физических расчетов топливных загрузок реакторов типа ВВЭР.

Впрограмме используется двухгрупповое диффузионное приближение на трехмерной гексогональной в плане сетке, узлы которой в плане совпадают с центрами ТВС. Уравнения баланса нейтронов использует 7 узлов в поперечном сечении ТВС (в центре и по углам), и два узла в вертикальном направлении: выше и ниже центрального узла. Учет перетечек тепловых нейтронов между ТВС выполняется в приближении двух полупространств. Расчет коэффициентов реактивности и параметров точечной кинетики производится по теории возмущений в одногрупповом приближении.

Трехмерная редкосеточная программа БИПР-7А предназначена для проведения нейтронно-физических расчетов активных зон реакторов типа ВВЭР. Программа БИПР-7А проводит расчет: трехмерных полей глубин выгорания топлива; температур и плотности теплоносителя; энерговыделения и потоков нейтронов; эффектов пространственного распределения изотопов Xe-135, Sm-149 и Pm-

270