Чернобыль. Месть мирного атома - [157]

в) В начальной фазе аварии оказывает влияние и отрицательный эффект реактивности по температуре топлива (Доплер - эффект). Кроме того, с какого-то момента стержни СУЗ, дойдя до положения с полным вытеснением столбов воды под вытеснителями, перестают вносить положительную реактивность в нижнюю часть активной зоны.

Суммарное действие всех перечисленных факторов приводит к следующему поведению реактивностии мощности в аварийном процессе:

- в первую секунду движения большой массы стержней СУЗ в верхнюю часть реактора вводится отрицательная реактивность (аксиальное нейтронное распределение в реакторе еще недостаточно деформировано и в верхней части активной зоны еще есть максимум плотности потока нейтронов), что приводит к первоначальному снижению общей мощности реактора;

затем, после быстрой и значительной деформации высотного поля с уходом максимума плотности потока нейтронов вниз, нейтронный поток, а вместе с ним и энерговыделение в нижней части твэлов начинают сильно возрастать. И сумма вводимых реактивностей (в верхнюю часть, и в нижний «слой» реактора) становится положительной. Реактивность увеличивается до тех пор, пока разогрев топлива не скомпенсирует её рост отрицательным Доплер - эффектом. Мощность, выделяемая в твэл, также достигает максимума с некоторой задержкой по отношению к поведению реактивности, и затем начинает падать. Температура топлива и вместе с ней тепло, передаваемое в теплоноситель, все это время возрастают, но в какой-то момент Доплер-эффект достигает максимума, и далее все рассматриваемые параметры начинают снижаться. Этот процесс изменения мощности полностью затухает, если к нему не подключатся другие эффекты (например, паровой эффект).

Максимальные значения реактивности, мощности энерговыделения, температуры топлива и тепловой мощности передаваемой воде в выше описанном процессе очень сильно зависят от исходного распределения нейтронного потока в активной зоне. Так, изменение формы аксиального распределения всего на несколько процентов, т.е. в пределах погрешности показаний внутризонных датчиков, может изменить максимум энерговыделения в несколько раз.

г) Определяющее влияние на катастрофическое развитие аварийного процесса оказал положительный паровой эффект реактивности. Полный эффект от заполнения технологических каналов паром составлял к 26.04.86 г., по оценке ОЯБ, чуть больше 5 В_эфф Так как в исходном состоянии, при низком уровне мощности, технологические каналы практически полностью заполнены водой (кипение начинается на выходе из канала), то эффект даже от локального вскипания может быть достаточно большим. Положительный эффект реактивности от вскипания теплоносителя начинает проявляться по достижении реактором величины мощности примерно 500 МВт, т.е. задолго до того, как мощность реактора достигает своего номинального значения. Проявление парового эффекта начинается следующим образом. Вначале все параметры изменяются так же, как было описано выше. Но, начиная с определенного момента, даже после того как реактивность прошла максимум и начинает снижаться, тепловая мощность канала, передаваемая в теплоноситель, достигает величины, при которой происходит вскипание воды. С этого момента включается паровой эффект реактивности, и если он превалирует над Доплер-эффектом, то реактивность перестает падать и снова начинает возрастать. Мощность энерговыделения в каналах резко увеличивается, ускоряется рост температуры топлива и теплоносителя. В охлаждающей воде возрастает интенсивность кипения, что в свою очередь опять ускоряет рост положительной реактивности (за счет парового эффекта) и процесс разгоняется, приобретая взрывной характер.

Глава 8

МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНОГО ПРОЦЕССА

В целом результаты моделирования на полномасштабном тренажере совпадают с описанной выше картиной. Моделирование велось вплоть до виртуального разрушения твэл. которое наступает в определенный момент аварийного процесса. В качестве критерия наступления этого момента выбиралось достижение одного из двух пределов: температуры 3000 °К в одном из наиболее напряженных твэлов, или мощность энерговыделения равная 100 номинальным значениям [28].

Процесс неконтролируемого разгона реактора

Как следует из предыдущего рассмотрения, процесс разгона реактора для состояния с ОЗР менее 15 стержней РР (как это было во время испытаний 26.04.86) можно разбить на две стадии: сравнительно медленную, обусловленную движением стержней СУЗ и очень быструю, целиком определяемую паровым эффектом реактивности. Весь процесс, вплоть до взрыва и разрушения реактора, на реальном блоке проходил за

8-9 секунд, поэтому понять картину быстрой части разгона мощности только по данным регистрации текущих параметров реактора штатными измерительными системами довольно трудно. Иное дело моделирование, дающее возможность рассмотреть все процессы с любой скоростью.

В результате моделирования были получены избыточные данные по всем основным характеристикам аварийного процесса. Ниже приведены главные из них.

Реактивность. С началом движения стержней СУЗ (со скоростью 40 см/сек), на первой секунде вводится отрицательная реактивность, которая достигает значения минус 0,5