Чернобыль. Месть мирного атома - [115]

Расчет эффективности системы управления и защиты реактора

1. Суммарная эффективность стержней СУЗ без стержней АЗ в п. 33.6 ПБЯ-04-74 определяется как величина, которая должна превышать значение максимального запаса реактивности не менее чем на 0,01:

ДКсуз без АЗ > ДКтах + 0,01 Подкритичность 0,01 эквивалентна 20 ст. РР, поскольку «вес» одного стержня РР в абсолютных единицах реактивности (ДК/К) равен 50х 10"⁵. Тогда нужное, по условиям ядерной безопасности, число стержней СУЗ (без стержней АЗ) должно быть равно

ДКсуз без АЗ > 353 +20 = 373 ст. РР.

2. Из требований п. 3.3.28 ПБЯ-04-74 (предотвращение образования локальных критмасс) определяем число стержней АЗ - из расчета иметь не менее одного стержня на каждую локальную критмассу. Тогда для общего числа топливных каналов 1693 (для РБМК - I очереди), при величине локальной критмассы = 21 ТК для топлива 2% обогащения, необходимое количество стержней АЗ для реактора 1-й очереди составит:

Пет.АЗ > 1693:21 = 85 ст. АЗ.

3. Согласно требованиям ПБЯ, суммарное количество всех стержней СУЗ (п.п. 3.3.6; 5.14; 7.3, п. 3.3.28 ПБЯ-04-74) должно быть равно

Пст.суз > 373 + 85 = 458 ст. РР.

4. Кроме того, ПБЯ-04-74 (п. 3.3.4) и ОПБ-82 (п. 2.3.2) требуют наличия двух независимых систем, способных отдельно одна от другой заглушить реактор из любого состояния, т. е. общее число стержней СУЗ должно быть равно удвоенному числу стержней по п. 4.3:

Пст.СУЗ общее = 2x458 = 916 ст. РР.

Реальное количество стержней СУЗ на реакторах РБМК 1-й очереди ЧАЭС равно 179, а на реакторах П-й очереди -211.

Устойчивость энерговыделения по радиусу реактора

Ядерный реактор является динамической системой с обратными связями. В зависимости от характера обратных связей стационарное состояние ядерного реактора может быть устойчивым или неустойчивым по отношению к возмущениям. Обратными связями в реакторе являются эффекты реактивности, описанные выше.

Реактор неустойчив, если после возмущения он может перейти в другое состояние, которое будет существенно отличаться от начального (например, заглохнет).

Если какой-то коэффициент реактивности (положительный или отрицательный) является большим по величине и имеет запаздывание, то реактор может быть неустойчив. Наиболее вероятна такая неустойчивость, при которой мощность постепенно отклоняется от своего стационарного уровня, в то время как распределение плотности энерговыделения в реакторе сохраняет свою форму - это так называемая неустойчивость основной гармоники.

В достаточно большом реакторе (в котором его части слабо связаны между собой) возможна неустойчивость высоких гармоник, при которых форма распределения плотности энерговыделения по радиусу реактора отклоняется от формы, которая была у него в стационарном состоянии.

Неравномерность распределения мощности по объему реактора определяется, в основном, наличием большого количества локальных критмасс. Как показали многочисленные критические эксперименты, проведенные во время формирования начальной загрузки нового реактора

РБМК, реактор может выйти на мощность при загрузке в него всего двадцати одной свежей тепловыделяющей сборки. Это значит, что 21 ТВ С образует критмассу в условиях холодного разотравленного реактора. А при полной загрузке (1693 ТВ С) в таком реакторе образуется уже минимум

1693:21=80 критмасс.

Число минимальных критмасс не является стабильной величиной. Их число уменьшается с выгоранием топлива, но при проявлениях «плюсовых» эффектов реактивности возрастает, как это будет показано ниже.

Неустойчивость поля энерговыделения может сделать реактор неуправляемым, что фактически и было на всех РБМК после выгрузки из него дополнительных поглотителей. Проблема управляемости полей энерговыделения была решена только после перехода на загрузку реактора топливом с обогащением 2% (вместо 1,8%) и внедрения локальных систем регулирования ЛАР.

Перекосы мощности по высоте реактора

В начале эксплуатации реактора распределение делящегося изотопа (урана-235) в топливной сборке является равномерным. Поэтому распределение плотности нейтронного потока по высоте реактора имеет конфигурацию близкую к косинусоидальному, с максимумом плотности нейтронного потока, расположенном на половине высоты активной зоны. Вполне естественно, что в зоне максимума потока нейтронов ядерное топливо выгорает быстрее, поэтому со временем форма распределения плотности потока нейтронов по высоте реактора изменяется.

Кроме неравномерного выгорания топлива, на форму поля влияют -регулирование стержнями СУЗ, распределение концентраций отравителей (ксенон и самарий), распределение поля температур по высоте реактора.

При рассмотрении реальных распределений мощности по высоте реактора совершенно четко просматривается их трехзонность по высоте:

- пик мощности по высоте в середине реактора,

- пик мощности в нижней трети реактора,

- пик мощности в верхней трети реактора,

- два пика мощности (в верхней и нижней трети) с провалом посередине.

Другими словами, реактор РБМК можно рассматривать как три наложенных друг на друга плоских реактора, высота активной зоны