Файл: Сидоренко, В. А. Вопросы безопасной работы ВВЭР к 10-й годовщине пуска первого блока Нововоронежской атомной электростанции.pdf

н о

Для сопоставления укажем среднее обогащение топлива в первых загрузках активных зон различных реакторов (таблица 2.1-2).

Потенциальная возможность образования критического объема в активной зоне выше, чем говорят цифры среднего обогащения цервой загрузки, так как для последующей подпитки реактора в стационар­ ном режиме (так же как частично, и для формирования первой за­ грузки) используются кассеты с топливом более высокого обогащения и соответственно с более высокими размножающими свойствами

(таблица 2,1-3).

112

печивается высокообогащенными кассетами, а компенсация измене­ ний реактивности - перемещением некоторых из этих кассет, кото­ рые выполнены подвижными. Более однозначная компоновка активной зоны и связанное с этим расположение органов регулирования толь­ ко в зоне высокообогащенных кассет были осуществлены в первом американском водяном реакторе в Шишшнпгорте.

Проследим за тем,как необходимость удовлетворения принципу равномерного размещения средств компенсации реактивности меня­ ла структуру активной зоны первого ВВЭР.

Разработка варианта ВВЭР с "однородным" обогащением приве­ ла к следущей структуре активной зоны: из общего количества

349 кассет компенсирующих кассет - 28, кассет аварийной защи­ ты -6 и кассет автоматических регуляторов-3. Компенсирующая кас­ сета (КК) состоит из топливной части, аналогичной обычной рабо­ чей кассете, переходящей в шестигранный поглощапций чехол, пред­ ставляющий собой по конструкции шестигранный кожух из нержавею­ щей стали толщиной 2 мм, в который вставлены шестигранные втул­ ки толщиной стенки 6 мм из нержавеющей стали с содержанием есте­ ственного бора 1,7$ по весу; внутренняя полость чехла занята во­ дой.

Кассета аварийной защиты (АЗ) состоит из направляющей шести­ гранной трубы размером под ключ 144 (таким же, как и кассет дру­ гих типов) с цилиндрическим отверстием диаметром 135 мм, в кото­ ром перемечается цилиндрический поглощапций чехол диаметром

129 мм с цилиндрическими вкладышами из бористой стали (при раз­ личии формы структура поглощающего чехла АЗ аналогична структу­ ре чехла КК). Поглощающий чехол переходит в рассеиватель, вы­ полненный из циркониевого сплава, с небольшими каналами для охлаждающей воды.

кк

Рис.2.1-1. Схема размещения органов регулирования

в активной зоне ВВЭР-I (первоначальный вариант).'

115

В приведенной ниже таблице 2.1-4 указаны значения коэффи­ циентов размножения однородной размножающей рапетки, обеспе­ чивающие критичность реактора:

Разница двух значений необходимого коэффициента размноже­ ния характеризует эффективность производимой замены.

Первичная замена 6 КК на 6 АЗ дает эффект около 0,005, т.е.

суммарная компенсирующая способность системы уменьшается на

0,005. Последующая за этим замена 3 КК на 3 АР уменьшает ком­ пенсирующую способность еще на 0,034 при суммарном уменьшении около 0,04. При обратной последовательности замены органов (сна­ чала 3 КК - на 3 АР, а затем дополнительно 6 КК - на 6 АЗ) при той же суммарной потери компенсирующей способности она несколь­ ко иначе распределяется по первопричинам ! от замены КК на АР

-0,0276 и дополнительно от замены КК на АЗ - 0,0114.

Таким образом, действительно, наличие в узлах решетки СУЗ таких слабых поглотителей как стержни АР снижает общую компен­ сирующую способность системы примерно на 0,034, что означает

116

соответствующее сокращение запаса кошенсирущей способности механических органов СУЗ на выгорание и эквивалентно сокращению возможной длительности периода между перегрузками в 2-3 раза

(в зависимости от использования выгорающих поглотителей).

Рассмотренное сокращение компенсирующей способности СУЗ мо­ жет быть уменьшено, если искусственно ухудшить размножающие свой­ ства в ячейке активной зоны вокруг АР до такого значения, кото­ рое эквивалентно снижению размножающих свойств этой ячейки из-за присутствия поглотителя КК. Это, например, можно сделать за счет установки в ячейках АР какого-то числа кассет с естественным ура­ ном, размножающие свойства которых значительно ниже средних по активной зоне. Такое действие, к сожалению, должно снизить сум­ марную компенсирующую способность СУЗ по сравнению с максималь­ но возможной (31 КК + 6 АЗ) из-за того; что 3 органа КК из 31

фактически выводятся из работы (их поглотители как бы остаются все время в активной зоне, уменьшая постоянно размножающие свой­ ства своих ячеек). Тем не менее сопоставление двух эффектов по­ казывает, что суммарная компенсирующая способность системы

28 КК + 6 АЗ + 3 АР заметно увеличивается.

В холодном критическом реакторе с "задавленными" ячейками АР

(до свойств, эквивалентных размещению поглотителей КК) при нали­ чии 6 рассеивателей АЗ коэффициент размножения составляет 1,042,

Таким образом эффект взвода 28 КК и 6 АЗ в этом случае составит

1,1832-1,042=0,141; эффект взвода тех же кассет в активной зо­ не с обычньми ячейками АР составляет 1,1493-1,0359=0,1134. Если прибавим к этим значениям эффект взвода стержней АР (в первом случае - около 0,003 и во втором случае - около 0,004),получим,

что суммарная компенсирующая способность СУЗ составит соответ­

ственно около 0,144 и около 0,118, т.е. она возрастает на 0,026.

Проигрыш по отношению к максимальной возможной компенсирующей способности составляет всего 0,034-0,026=0,008.

Для достижения желаемого эффекта необходимо разместить в рай­ оне каждого АР по 3 "естественных" кассеты. Однако такое решение нельзя было признать оптимальным, т.к. постоянное присутствие в активной зоне девяти кассет с естественным ураном снижает возмож­ ную глубину выгорания остальных кассет (либо повышает необходи­ мое их обогащение). Необходимый коэффициент размножения горячей активной зоны в присутствии этих естественных кассет составляет около 0,05, а в их отсутствие (при наличии только 6 рассеивате­ лей АЗ) - около 0,04, т.е. общее ухудшение размножающих свойств активной зоны составляет около 0,01, что эквивалентно снижению глубины выгорания используемого в стационарном режиме ВВЭР-1

топлива обогащением 2# на 10-125?.

Оптимальное решение состояло в том, чтобы максимально прибли­ зить решетку поглотителей СУЗ к равномерной - заменить малоэф­ фективные стержни АР на компенсирующие кассеты. Это и было реали­ зовано на завещающей стадии проекта BB3P-I.

Проводимая замена становилась возможной только в том случае,

если удалось бы решить проблему использования эффективных и тя­ желых компенсационных кассет в качестве исполнительных органов автоматических регуляторов. Автоматический регулятор работал в режиме пропорционального регулирования и обладал переменной ско­ ростью (от 0 до максимальной ; максимальная скорость при малой суммарной эффективности стержня регулятора (0,001-0,002) состав­ ляла 18 сщ/сек.