Материал: Лескин С.Т., Шелегов А.С., Слободчук В.И. Физические особенности и конструкция реактора ВВЭР-1000

высвобождающихся эффектах реактивности. При этом различают три возможных конечных состояний реактора в течение останова:

холодное (с Т теплоносителя < 260 °C);

горячее (с Т теплоносителя > 260 °C и предполагаемым временем останова >24 ч);

горячее (с Т теплоносителя > 260 °C и предполагаемым временем останова < 24 ч).

Расчет стояночной концентрации может быть выполнен как с использованием программных средств, так и вручную, с использованием расчетных величин эффектов реактивности. В последнем случае искомая стояночная концентрация

сс = ст + с,

где ст – текущая концентрация бора перед остановом (перед снижением мощности); с − увеличение концентрации бора для компенсации высвобождающихся эффектов реактивности и создание 2%-ной подкритики.

Для конечного «холодного» состояния сх определяется из соотношения

тивности по концентрации борной кислоты при температуре теплоносителя 20 °С.

Последнее выражение в скобках учитывает разницу эффективности борной кислоты при температуре номинальной и 20 °C.

Выражение для расчета сг для конечного «горячего» состояния легко получается из предыдущего. Очевидно, что в этом случае ρT =0 и исчезает выражение, учитывающее зависимость эффек-

тивности борной кислоты от температуры. Для случая с простоем

26

более 24 ч, когда возможен распад Хе ниже стационарного уровня, выражение приобретает вид

В случае с простоем менее 24 ч концентрация Хе не опускается ниже стационарного уровня, и поэтому эффект отравления в выра-

Рассчитанная в соответствии с приведенной методикой концентрация борной кислоты обеспечит безопасную подкритику активной зоны. Поддержание заданной концентрации обеспечивается постоянным оперативным контролем за ее величиной и технологическим процессом, исключающим подачу в 1-й контур теплоносителя с концентрацией борной кислоты ниже стояночной.

Вывод реактора на МКУ мощности выполняется системой борного регулирования путем снижения концентрации борной кислоты до критического значения за счет разбавления теплоносителя 1-го контура «чистым» конденсатом.

Уравнение изменения концентрации борной кислоты при ее выводе можно получить из предыдущего общего уравнения, если задать нулевую концентрацию борной кислоты в подпитке. Тогда

сn = 0

Наибольший практический интерес при выходе на МКУ представляют оценка скорости вводимой реактивности и расчет объема водообмена для вывода реактора в критическое состояние.

Скорость изменения реактивности в нашем случае равна

Из полученного соотношения видно, что скорость вывода борной кислоты и, соответственно, скорость изменения реактивности зависят от текущей концентрации и расхода подпитки вывода.

Объем водообмена (массовый) при сn = 0 равен

qt = −m ln c(t) . cо

Оценим указанные величины для ВВЭР-1000. Поскольку скорость изменения реактивности изменяется в течение процесса вывода рассчитаем ее максимальное значение в начале вывода, и минимальное – при значениях концентрации, близких к критическому.

Для расчета примем:

массовый объем теплоносителя 1-го контура m ~ 300 т; массовый расход подпитки в начале вывода q = 50 т/ч; в пусковом интервале q = 10т/ч;

начальная концентрация борной кислоты cо = 16г/кг; критическая концентрация cк = 8г/кг;

и qt и учитывая, что в начале водообмена c(t)=cо, а вблизи критической концентрации c(t)=cкр. Получаем

При выходе на МКУ в условиях нестационарного отравления Хе из приведенных соотношений можно обосновать увеличенный расход «чистого» конденсата в пусковом интервале концентраций. В

28

этом случае уменьшение концентрации должно, кроме обеспечения ввода положительной реактивности со скоростью 0,56 %/ч, компенсировать ввод отрицательной реактивности в результате растущего отравления Хе, которое происходит со средней скоростью –0,4 %/ч. Тогда суммарное изменение реактивности, связанное с выводом борной кислоты, должно составить

ddtρ = 0,56 %/ч + 0,4 %/ч = 0,96 %/ч.

Используя выведенное выше выражение для ddtρ, получаем

0,96 = −c 300q (2,1) .

Конкретное значение концентрации скр зависит от момента кампании. Примем условно ск = 5 г/кг, тогда

q = 0,96 300 = 27 т/ч, 2,1 5

т.е. допустимый расход в пусковом интервале концентраций борной кислоты может быть увеличен до 30 т/ч.

Компенсация всех эффектов реактивности, проявляемых на критическом реакторе, включая запас реактивности на выгорание осуществляется борным регулированием, поскольку положение СУЗ жестко регламентируется в связи с необходимостью обеспечения максимальной эффективности АЗ и минимального искажения энерговыделения активной зоны.

Оперативный запас реактивности, связанный с возможным перемещением регулирующей группы внутри рабочего диапазона незначителен и составляет ~ 0,5 % для ВВЭР-1000 и ~ 1 % для ВВЭР-440. Очевидно, что в процессе эксплуатации положение регулирующей группы периодически приближается к границам допустимого высотного интервала. В этом случае для изменения положения регулирующей группы в сторону оптимального положения применяется борная перекомпенсация – вывод или ввод борной кислоты при фиксированных теплофизических параметрах реактора.

29

Глава 2. Конструкция реактора ВВЭР-1000

2.1. Назначение и состав первого контура ВВЭР-1000

Первый контур, по определению ОПБ-88, – это контур (вместе с системой компенсации давления), по которому теплоноситель под рабочим давлением циркулирует через активную зону. Первый контур предназначен для передачи тепла, выделяющегося в активной зоне реактора, воде второго контура в парогенераторах с целью генерации пара во втором контуре для турбогенераторной установки. Затем на турбогенераторной установке происходит преобразование тепловой энергии пара в электрическую энергию. Теплоноситель водо-водяного ядерного реактора − вода, которая также играет роль замедлителя нейтронов и содержит растворенную борную кислоту, используемую для жидкостного управления реактивностью ядерного реактора. Первый контур работает под высоким давлением, достаточным, чтобы не допустить кипения теплоносителя при проектных параметрах. Рабочее давление первого контура составляет около 160 кгс/см2. Являясь замкнутым и герметичным, 1-й контур также выполняет функции барьера, препятствующего выходу продуктов деления в окружающую среду.

Граница 1-го контура является третьим из четырех барьеров, препятствующих проникновению продуктов деления в окружающую среду. Остальными тремя барьерами, препятствующими распространению продуктов деления в окружающую среду, служат:

1)топливная матрица;

2)оболочка твэла;

3)герметичное ограждение локализующих систем безопасности.

Граница первого контура − важнейший барьер безопасности, поскольку при его отказе не только теряется один из барьеров, но и создаются неблагоприятные условия работы для оставшихся барьеров: твэлов и системы локализации. Поэтому 1-й контур должен иметь высокую устойчивость к различным воздействиям в условиях аварийных ситуаций и аварий.

30