Изменение стационарного отравления в процессе кампании реактора

Следует заметить, что значение для одной и той же мощности в процессе эксплуатации реактора изменяется. Известно, что по мере выгорания ²³⁵U для поддержания заданной мощности следует увеличивать Ф, а это влечет за собой увеличение и, следовательно увеличение. Эта тенденция сохранялась бы до конца кампании, если бы конфигурация нейтронного поля оставалась неизменной.

В действительности наиболее интенсивное выгорание ядерного топлива и преимущественное накопление ¹³⁵Хе происходит в центре активной зоны. Поэтому плотность потока нейтронов в этой области при прочих равных условиях постепенно уменьшается, т. е. происходит выравнивание нейтронного поля. Соответственно уменьшается и концентрация ¹³⁵Хе в центре. Названные эффекты приводят к тому, что к концу кампании средняя по активной зоне относительная скорость захвата нейтронов ядрами ¹³⁵Хе может уменьшаться. Следовательно, в конце кампании может уменьшаться.

В силу названных причин для каждого реактора составляется две таблицы (или два графика) стационарных отравлений - одна для начала, а вторая для конца кампании. В течение половины кампании используется первая, а затем вторая таблица (или график).

Стационарное отравление изменяется также в зависимости от температуры активной зоны. С увеличением температуры уменьшается сечение захвата ¹³⁵Xe и соответственно || Таблицы стационарных отравлений составляются обычно для свойственной данному реактору рабочей температуры.

Следующие рисунки иллюстрируют изменение ρ_зап вследствие отравления Xe¹³⁵ при изменениях мощности реактора:

Рис.1.4. Изменение ρ_зап вследствие отравления Xe¹³⁵ при изменениях мощности реактора.

Задача №1.1:

Если на мощности Nном ЯР может работать 1000 часов, то на мощности 50% Nном, учитывая отравление Хе-135, максимальное время работы будет:

1. 1000 часов

2. 2000 часов

3. более 2000 часов

4. 500 часов

Задача №1.2:

Хе-135 в активной зоне ЯР образуется только как:

1. осколок деления

2. продукт радиоактивного распада J-135

3. продукт радиоактивного распада Те-135

4. осколок деления и продукт радиоактивного распада J-135

Таким образом стационарное отравление реактора Xe¹³⁵(ρ_0Xe) – это уменьшение ρ_зап вследствие накопления Xe¹³⁵ из распадающегося йода при работе реактора на мощности. Стационарное отравление реактора ρ_0Xe зависит от мощности, на которой работает реактор. Стационарное отравление Xe¹³⁵ компенсируется сверхкритической загрузкой топлива. Чем больше мощность, тем больше концентрация ксенона, т.е. больше отравление ЯР. Чтобы поддерживать ЯР в критическом состоянии необходима дополнительная загрузка U-235, которую в неотравленном ЯР компенсируют подвижные поглотители (КР). По мере отравления ксеноном их поднимают из активной зоны.

2 вопрос: Нестационарное отравление ЯР ксеноном.

Рассмотрим, как влияет на реактивность изменение концентрации ксенона после остановки реактора, если к моменту остановки уже установилась равновесная концентрация йода и ксенона. На рис. 2.1 представлены кривые изменения концентрации йода и ксенона, а также запаса реактивности после остановки реактора. После снижения мощности до нуля процесс деления горючего прекращается, плотность потока нейтронов скачком уменьшается практически до нуля. Скорость убыли ксенона резко уменьшается, так как прекращается его выгорание. Прибыль йода из осколков деления также прекращается, а убыль его в результате радиоактивного распада продолжается с периодом полураспада .

К сенон, который накопился к моменту остановки, также будет распадаться со своим периодом полураспада , т. е. медленнее, чем йод. Но, так как прибыль ксенона продолжается из распадающегося йода, а скорость убыли его значительно уменьшается вследствие прекращения поглощения нейтронов ксеноном, концентрация ксенона после остановки будет увеличиваться. Так будет продолжаться до тех пор, пока скорость прибыли ксенона из йода будет преобладать над скоростью убыли ксенона. С уменьшением концентрации йода скорость увеличения концентрации ксенона уменьшается и наступит момент, когда ксенон также начнет убывать. По мере уменьшения йода скорость убыли ксенона увеличивается, приближаясь к значению, определяющемуся периодом полураспада .

В соответствии с изменением концентрации , но с обратным знаком изменяется запас реактивности реактора.

Процесс уменьшение запаса реактивности после снижения мощности реактора в результате накопления из распадающегося называют йодной ямой. Время и максимальная глубина йодной ямы зависят от концентрации йода до остановки, т.е. от мощности реактора. Чем на большей мощности работал реактор, тем больше глубина и длительность йодной ямы. Максимальная длительность йодной ямы после остановки со для корабельных реакторов равна , а максимальная глубина наступает примерно через .

В итоге, после полного распада йода и ксенона потеря реактивности от отравления станет равной нулю, а запас реактивности реактора восстановится до значения соответствующему данному моменту эксплуатации реактора. Процесс уменьшения потери реактивности от отравления называют разотравлением. Время полного разотравления реактора более .

Для того чтобы можно было реактор вывести на мощность в любой момент после остановки, нужно иметь дополнительный запас реактивности, не меньший по абсолютному значению максимальной глубины йодной ямы.

Нестационарное отравление ксеноном после изменения мощности

Й одная яма возникает не только при остановке реактора, но и после уменьшения мощности. На рис. 2.2. представлена картина изменения концентрации йода и ксенона, а также изменение запаса реактивности при переходе с мощности W₁ на W₂, если на мощности W₁ уже установилась равновесная концентрация йода и ксенона.

После снижения мощности концентрация йода станет уменьшаться до нового стационарного уровня, соответствующего мощности , так как количество делений и выход йода уменьшились. Вследствие уменьшения концентрации йода должна уменьшиться также скорость прибыли ксенона. Но так как убыль ксенона из-за поглощения нейтронов после уменьшения мощности резко уменьшится, то произойдет временное увеличение концентрации ксенона. Соответственно запас реактивности уменьшится, т.е. возникнет йодная яма. Глубина и длительность ее будут меньше, чем при полной остановке с такого уровня вследствие уничтожения ксенона имеемым потоком нейтронов. После окончания переходного процесса концентрация ксенона и соответствующая ему потеря реактивности установятся на новом стационарном уровне для мощности реактора W₂

Увеличение мощности реактора так же, как и уменьшение, сопровождается нестационарными переходными процессами, изменяющими запас реактивности реактора. В этом случае наблюдается временное увеличение запаса реактивности из-за уменьшения концентрации ксенона. На рис 2.3. показано изменение концентрации йода и ксенона, а также запаса реактивности после перехода с меньшей мощности W₁ на большуюW₂.

П ереход на большую мощность вызывает увеличение равновесной концентрации йода. В конечном итоге это приведет также к увеличению концентрации ксенона. Но это медленно протекающие процессы, а увеличение потока нейтронов резко увеличивает скорость уничтожения ксенона. В результате этого произойдёт временное уменьшение концентрации ксенона и соответствующее увеличение запаса реактивности. Процесс увеличения запаса реактивности после увеличения мощности реактора в результате выгорания называют ксеноновым выбегом реактивности. Только через некоторое время, когда концентрация I¹³⁵ заметно увеличится в соответствии с возросшим значением плотности нейтронного потока, скорость образования Хе¹³⁵ начнёт превосходить скорость его убыли. При этом отравление, пройдя некоторый минимальный уровень, начнет повышаться, приближаясь к новому стационарному значению, соответствующему возросшей мощности реактора.

Задача №2.1:

ЯР, работая на N=40% Nном на пониженных параметрах, израсходовал весь запас реактивности. Что надо сделать, чтобы, не останавливая ЯР, он проработал еще несколько часов:

1. не изменять мощность ЯР

2. снизить мощность до 20% Nном

3. увеличить мощность до 50% Nном

4. снизить мощность до 30% Nном, а потом до 20% Nном

Задача №2.2:

В какой момент времени отравление ЯР Хе-135 будет наибольшим:

1. через 10 часов работы ЯР на мощности

2. через 100 часов работы ЯР на мощности

3. через 5 часов после остановки ЯР

4. через 50 часов после остановки ЯР

Задача №2.3:

В конце кампании вследствие частичного расходования на энерговыработку запаса реактивности, предназначенного для компенсации «йодной ямы», возможны:

1. вынужденная стоянка ЯР после остановки

2. вынужденная остановка ЯР

3. самопроизвольный пуск ЯР после остановки

4. затрудняюсь ответить

Задача №2.4:

Какая из приведенных кривых отравления Хе-135 соответствует данному режиму работы ЯР:

Задача №2.5:

Глубина «йодной ямы» будет максимальной при изменении мощности ЯР:

1. с 40% Nном до 0% Nном

2. со 100% Nном до 60% Nном

3. с 20% Nном до 60% Nном

4. с 80% Nном до 40% Nном

Таким образом процесс уменьшение запаса реактивности после снижения мощности реактора в результате накопления из распадающегося называют нестационарным отравленим ЯР ксеноном или йодной ямой ρ_Хе^й.я._.

Максимальная длительность йодной ямы после остановки со для корабельных реакторов равна (стационарное отравление сохранится), а максимальная глубина наступает примерно через 5 -.

Примерно через 72 часа прекратится и йодная яма, и стационарное отравление Xe¹³⁵ — произойдёт полное разотравление реактора по Xe¹³⁵.

3 вопрос: Методика расчета отравления реактора ксеноном.

Для решения эксплуатационных задач (расчёт , расчёт дополнительного энергозапаса, времени допустимой и вынужденной стоянок) надо уметь рассчитывать отравление Xe¹³⁵ в любой момент времени.

Существует 2 способа расчёта отравления Xe¹³⁵:

• по графикам, имеющимся на пульте (примеры приведены в примечаниях);

• по формуле 3.1.

• параметры которой берутся из таблиц.

Расчёт отравления реактора Xe¹³⁵ по графикам

По графику зависимости стационарного отравления реактора Xe¹³⁵ для различных уровней мощности (рис.3.1.), зная мощность реактора, можно определить стационарное отравление Xe¹³⁵. Если реактор работал последние 30 часов на различных уровнях мощности, надо использовать среднюю мощность реактора за последние 30 часов работы. Напомним, что стационарное отравление Xe¹³⁵ достигается за 30 часов работы реактора, поэтому для расчётов следует брать среднюю мощность за это время.

Рис. 3.2. Зависимость стационарного отравления реактора Xe¹³⁵ для различных уровней мощности

При расчёте суммарного отравления реактора Xe¹³⁵ (суммы стационарного отравления и глубины йодной ямы) после остановки реактора, следует пользоваться графиком кривой отравления реактора Xe¹³⁵ после остановки с различных уровней мощности. Зная мощность реактора перед остановкой, выбираем по ней подходящую кривую и определяем изменение ρ_Xe после остановки реактора. Если реактор перед остановкой работал на различных уровнях мощности, следует использовать среднюю мощность реактора за 30 часов работы перед остановкой.

Изменение ρ_Xe на графиках стационарного отравления и йодной ямы даны в %%.

Недостатком графического способа расчёта является низкая точность и отсутствие учёта изменений свойств реактора вследствие энерговыработки.

Рис.3.3. Кривые отравления реактора Xe^{135 после остановки с различных уровней мощности.}

Расчет отравления реактора Xe¹³⁵ по формуле

Зная энерговыработку, среднюю мощность реактора за последние 30 часов его работы и время, прошедшее после остановки реактора, можно определить суммарное отравление реактора Xe¹³⁵ по следующей формуле:

, где

• Δt — время после остановки реактора;

• B, D, ,  — параметры из соответствующих таблиц.

Подставив в формулу Δt, равное 0, получим стационарное отравление реактора в настоящий момент при работе реактора на мощности. При этом параметры и равны 1 и формула приобретает упрощённый вид:

Изменение ρ_Xe отрицательно или равно нулю.

Беря значения параметров B, D, , из соответствующих таблиц, следует интерполировать их величины для промежуточных значений энерговыработки, мощности и времени, не округляя их. Можно округлить до нужной точности только конечный результат.

Изменение ρ_Xe, рассчитанное по формуле , дано в абсолютных единицах и должно быть переведено в %%.

Qк МВт.ч %	0		10000		…
	B	D	B	D	…
100	0,2792	0,3045	0,3495	0,3732	…
90	0,2513	0,2737	0,3146	0,3877	…
…	…	…	…	…	…

t,ч	℮	℮
0,5	0,9630	0,9500
1,0	0,9274	0,9017
1,5	0,8931	0,8563
…	…	…

Таким образом для решения эксплуатационных задач (расчёт , расчёт дополнительного энергозапаса, времени допустимой и вынужденной стоянок) надо уметь рассчитывать отравление Xe¹³⁵ в любой момент времени.

Существует 2 способа расчёта отравления Xe¹³⁵ , по графикам, имеющимся на пульте и по формуле .

Заключение по занятию:

Стационарным отравлением называется состояние реактора, при котором концентрация Хе¹³⁵ не изменяется во времени. Равновесная (стационарная) концентрация ядер ксенона достигается одновременно с равновесной концентрацией йода. Стационарное отравление достигается через ~ 30 часов работы реактора на постоянном уровне мощности.

Процесс уменьшение запаса реактивности после снижения мощности реактора в результате накопления из распадающегося называют йодной ямой. Время и максимальная глубина йодной ямы зависят от концентрации йода до остановки, т.е. от мощности реактора. Процесс увеличения запаса реактивности после увеличения мощности реактора в результате выгорания называют ксеноновым выбегом реактивности.

«06» июня 2011 года	Преподаватель цикла УВЦ
	капитан 3 ранга С. Бармин

Утверждён на заседании ПМК № _____

протокол №___от_____________20___г.

Текст лекционного занятия № 1.2.2.8.

Тема: Физические процессы в ЯР.

1-й вопрос: Отравление ЯР самарием.