Ця стаття містить , але походження тверджень у ній через практично повну відсутність . |
Стійкість роботи реактора
Ядерні реактори проектують так, щоб у будь-який момент процес поділу перебував у стійкій рівновазі відносно малих змін параметрів, які впливають на реактивність. Наприклад, при висуванні керувального стрижня з реактора коефіцієнт розмноження нейтронів стає більшим від одиниці, що при всіх інших незмінних параметрах призводить до експоненціального наростання швидкості ядерної реакції з характерним часом нейтронного циклу від τ = 10-3 с для реакторів на теплових нейтронах до τ = 10-8 с для реакторів на швидких нейтронах. Однак, при підвищенні швидкості ядерної реакції зростає теплова потужність реактора, внаслідок чого зростає температура ядерного палива, що призводить до зменшення перетину захоплення нейтронів і, у свою чергу, до зменшення швидкості ядерної реакції. Таким чином, випадкове підвищення швидкості ядерної реакції гаситься, а викликане переміщенням керувальних стрижнів або повільною зміною інших параметрів — призводить до квазістаціонарної зміни потужності реактора, а не розвитку вибуху. Описана закономірність є однією з фізичних причин негативного потужнісного коефіцієнта реактивності.
Для безпечного керування ядерним реактором вкрай важливо, щоб всі коефіцієнти реактивності були негативні. У випадку, якщо хоча б один коефіцієнт реактивності позитивний, робота реактора стає нестійкою, причому час розвитку цієї нестійкості може бути настільки малим, що жодні системи не встигають спрацювати. Зокрема, (аналіз показав), що позитивний паровий коефіцієнт реактивності реактора РБМК став однією з причин Чорнобильської аварії.
Зниження реактивності
Реактор, що працює в стаціонарному режимі як завгодно довго, являє собою математичну абстракцію. Насправді, процеси, що протікають в реакторі, викликають погіршення розмножувальних властивостей середовища, і без механізму відновлення реактивності реактор не зміг би працювати як завгодно тривалий час. Циркуляція нейтронів у реакторі включає процес поділу; кожний акт поділу означає зменшення кількості атомів подільного матеріалу, а значить, і зменшення k0. Щоправда, атоми, що діляться, частково відновлюються шляхом поглинання надлишку нейтронів ядрами 238U з утворенням 239Pu. Однак накопичення нового подільного матеріалу зазвичай не компенсує втрат подільних атомів, і реактивність зменшується. Крім того, кожен акт поділу супроводжує поява двох нових атомів, ядра яких, як і будь-які інші ядра, поглинають нейтрони. Накопичення продуктів поділу також зменшує реактивність (див. йодна яма). Зменшення реактивності компенсується квазістаціонарним пониженням температури реактора (відповідне збільшення перетину захоплення нейтронів компенсує падіння реактивності та повертає реактор у критичний стан). Однак, активні зони енергетичних реакторів потрібно розігрівати до якомога більшої (проектної) температури, оскільки коефіцієнт корисної дії теплової машини зрештою визначається різницею температур джерела тепла та холодильника — навколишнього середовища. Тому потрібні системи керування для відновлення реактивності й підтримки проектної потужності та температури активної зони.
Система керування
Ядерний реактор може працювати із заданою потужністю протягом тривалого часу лише в тому випадку, якщо на початку роботи має запас реактивності. Виняток становлять підкритичні реактори із зовнішнім джерелом теплових нейтронів. Звільнення зв'язаної реактивності в міру її зниження в силу природних причин забезпечує підтримання критичного стану реактора в кожний момент його роботи. Початковий запас реактивності створюють шляхом побудови активної зони з розмірами, що значно переважають критичні. Щоб реактор не ставав надкритичним, одночасно штучно знижують k0 розмножувального середовища. Це досягається введенням в активну зону речовин-поглиначів нейтронів, які можна згодом видаляти з активної зони. Так само як і в елементах регулювання ланцюгової реакції, сполуки-поглиначі входять до складу матеріалу стрижнів того чи іншого поперечного перерізу, що переміщаються по відповідних каналах в активній зоні. Але якщо для регулювання достатньо одного-двох або декількох стрижнів, то для компенсації початкового надлишку реактивності число стрижнів може досягати сотні. Ці стрижні називають компенсувальними. Регулювальні та компенсувальні стрижні не обов'язково являють собою різні елементи за конструктивним оформленням. Певна кількість компенсувальних стрижнів можуть бути стрижнями регулювання, проте функції тих і інших відрізняються. Регулювальні стрижні призначені для підтримки критичного стану в будь-який момент часу, для зупинки, пуску реактора, переходу з одного рівня потужності на інший. Всі ці операції вимагають малих змін реактивності. Компенсувальні стрижні поступово виводяться з активної зони реактора, забезпечуючи критичний стан протягом усього часу його роботи.
Іноді стрижні керування роблять не з матеріалів-поглиначів, а з подільних речовин або матеріалу-розсіювача. У теплових реакторах — це переважно поглиначі нейтронів. Однак ефективних поглиначів швидких нейтронів немає. Такі поглиначі, як кадмій, гафній та інші, сильно поглинають лише теплові нейтрони завдяки близькості першого резонансу до теплової області, а за межами останньої нічим не відрізняються від інших речовин за своїми поглинальними властивостями. Виняток становить бор, перетин поглинання нейтронів якого зменшується з енергією значно повільніше, ніж у зазначених сполук, за законом l/v. Тому бор поглинає швидкі нейтрони хоча й слабко, але дещо краще від інших сполук. Матеріалом-поглиначем в реакторі на швидких нейтронах може служити лише бор, за можливості збагачений ізотопом 10В. Крім бору в реакторах на швидких нейтронах для стрижнів керування застосовують і подільні матеріали. Компенсувальний стрижень з подільного матеріалу виконує ту саму функцію, що й стрижень-поглинач нейтронів: збільшує реактивність реактора при природному її зменшенні. Однак, на відміну від поглинача, такий стрижень на початку роботи реактора розташований за межами активної зони, а потім вводиться в активну зону. З матеріалів-розсіювачів у швидких реакторах використовують нікель, що має перетин розсіювання швидких нейтронів дещо більший, ніж інші сполуки. Стрижні-розсіювачі розташовують по периферії активної зони і їх занурення у відповідний канал викликає зменшення витоків нейтронів з активної зони, а отже, зростання реактивності. У деяких спеціальних випадках цілям керування ланцюговою реакцією слугують рухливі частини відбивачів нейтронів, які при переміщенні змінюють витік нейтронів з активної зони. Регулювальні, компенсувальні та аварійні стрижні спільно з усім устаткуванням, що забезпечує їх нормальне функціювання, утворюють систему керування та захисту реактора (СКЗ).
Аварійний захист
- Основна стаття:
На випадок непередбаченого катастрофічного розвитку ланцюгової реакції, а також виникнення інших аварійних режимів, пов'язаних з енерговиділенням в активній зоні, конструкція кожного реактора передбачає екстрене припинення ланцюгової реакції, здійснюване скиданням в активну зону спеціальних аварійних стрижнів або стрижнів безпеки. Аварійні стрижні виготовляють з матеріалу, що поглинає нейтрони. Вони скидаються під дією сили тяжіння в центральну частину активної зони, де потік найбільший, а значить, і найбільша негативна реактивність, що її вносить в реактор стрижень. Стрижнів безпеки, як і регулювальних, зазвичай два або декілька, проте на відміну від регуляторів вони повинні зв'язувати якомога більшу величину реактивності. Роль стрижнів безпеки може виконувати й частина компенсувальних стрижнів.
Див. також
Примітки
Література
- Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М. Атомиздат, 1971.
- Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. — М.: Атомиздат, 1979.
- Петунин В. П. Теплоэнергетика ядерных установок М.: Атомиздат, 1960.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Cya stattya mistit perelik posilan ale pohodzhennya tverdzhen u nij zalishayetsya nezrozumilim cherez praktichno povnu vidsutnist vnutrishnotekstovih dzherel vinosok Bud laska dopomozhit polipshiti cyu stattyu peretvorivshi dzherela z pereliku posilan na dzherela vinoski u samomu teksti statti Stijkist roboti reaktoraYaderni reaktori proektuyut tak shob u bud yakij moment proces podilu perebuvav u stijkij rivnovazi vidnosno malih zmin parametriv yaki vplivayut na reaktivnist Napriklad pri visuvanni keruvalnogo strizhnya z reaktora koeficiyent rozmnozhennya nejtroniv staye bilshim vid odinici sho pri vsih inshih nezminnih parametrah prizvodit do eksponencialnogo narostannya shvidkosti yadernoyi reakciyi z harakternim chasom nejtronnogo ciklu vid t 10 3 s dlya reaktoriv na teplovih nejtronah do t 10 8 s dlya reaktoriv na shvidkih nejtronah Odnak pri pidvishenni shvidkosti yadernoyi reakciyi zrostaye teplova potuzhnist reaktora vnaslidok chogo zrostaye temperatura yadernogo paliva sho prizvodit do zmenshennya peretinu zahoplennya nejtroniv i u svoyu chergu do zmenshennya shvidkosti yadernoyi reakciyi Takim chinom vipadkove pidvishennya shvidkosti yadernoyi reakciyi gasitsya a viklikane peremishennyam keruvalnih strizhniv abo povilnoyu zminoyu inshih parametriv prizvodit do kvazistacionarnoyi zmini potuzhnosti reaktora a ne rozvitku vibuhu Opisana zakonomirnist ye odniyeyu z fizichnih prichin negativnogo potuzhnisnogo koeficiyenta reaktivnosti Dlya bezpechnogo keruvannya yadernim reaktorom vkraj vazhlivo shob vsi koeficiyenti reaktivnosti buli negativni U vipadku yaksho hocha b odin koeficiyent reaktivnosti pozitivnij robota reaktora staye nestijkoyu prichomu chas rozvitku ciyeyi nestijkosti mozhe buti nastilki malim sho zhodni sistemi ne vstigayut spracyuvati Zokrema analiz pokazav sho pozitivnij parovij koeficiyent reaktivnosti reaktora RBMK stav odniyeyu z prichin Chornobilskoyi avariyi Znizhennya reaktivnostiReaktor sho pracyuye v stacionarnomu rezhimi yak zavgodno dovgo yavlyaye soboyu matematichnu abstrakciyu Naspravdi procesi sho protikayut v reaktori viklikayut pogirshennya rozmnozhuvalnih vlastivostej seredovisha i bez mehanizmu vidnovlennya reaktivnosti reaktor ne zmig bi pracyuvati yak zavgodno trivalij chas Cirkulyaciya nejtroniv u reaktori vklyuchaye proces podilu kozhnij akt podilu oznachaye zmenshennya kilkosti atomiv podilnogo materialu a znachit i zmenshennya k0 Shopravda atomi sho dilyatsya chastkovo vidnovlyuyutsya shlyahom poglinannya nadlishku nejtroniv yadrami 238U z utvorennyam 239Pu Odnak nakopichennya novogo podilnogo materialu zazvichaj ne kompensuye vtrat podilnih atomiv i reaktivnist zmenshuyetsya Krim togo kozhen akt podilu suprovodzhuye poyava dvoh novih atomiv yadra yakih yak i bud yaki inshi yadra poglinayut nejtroni Nakopichennya produktiv podilu takozh zmenshuye reaktivnist div jodna yama Zmenshennya reaktivnosti kompensuyetsya kvazistacionarnim ponizhennyam temperaturi reaktora vidpovidne zbilshennya peretinu zahoplennya nejtroniv kompensuye padinnya reaktivnosti ta povertaye reaktor u kritichnij stan Odnak aktivni zoni energetichnih reaktoriv potribno rozigrivati do yakomoga bilshoyi proektnoyi temperaturi oskilki koeficiyent korisnoyi diyi teplovoyi mashini zreshtoyu viznachayetsya rizniceyu temperatur dzherela tepla ta holodilnika navkolishnogo seredovisha Tomu potribni sistemi keruvannya dlya vidnovlennya reaktivnosti j pidtrimki proektnoyi potuzhnosti ta temperaturi aktivnoyi zoni Sistema keruvannyaYadernij reaktor mozhe pracyuvati iz zadanoyu potuzhnistyu protyagom trivalogo chasu lishe v tomu vipadku yaksho na pochatku roboti maye zapas reaktivnosti Vinyatok stanovlyat pidkritichni reaktori iz zovnishnim dzherelom teplovih nejtroniv Zvilnennya zv yazanoyi reaktivnosti v miru yiyi znizhennya v silu prirodnih prichin zabezpechuye pidtrimannya kritichnogo stanu reaktora v kozhnij moment jogo roboti Pochatkovij zapas reaktivnosti stvoryuyut shlyahom pobudovi aktivnoyi zoni z rozmirami sho znachno perevazhayut kritichni Shob reaktor ne stavav nadkritichnim odnochasno shtuchno znizhuyut k0 rozmnozhuvalnogo seredovisha Ce dosyagayetsya vvedennyam v aktivnu zonu rechovin poglinachiv nejtroniv yaki mozhna zgodom vidalyati z aktivnoyi zoni Tak samo yak i v elementah regulyuvannya lancyugovoyi reakciyi spoluki poglinachi vhodyat do skladu materialu strizhniv togo chi inshogo poperechnogo pererizu sho peremishayutsya po vidpovidnih kanalah v aktivnij zoni Ale yaksho dlya regulyuvannya dostatno odnogo dvoh abo dekilkoh strizhniv to dlya kompensaciyi pochatkovogo nadlishku reaktivnosti chislo strizhniv mozhe dosyagati sotni Ci strizhni nazivayut kompensuvalnimi Regulyuvalni ta kompensuvalni strizhni ne obov yazkovo yavlyayut soboyu rizni elementi za konstruktivnim oformlennyam Pevna kilkist kompensuvalnih strizhniv mozhut buti strizhnyami regulyuvannya prote funkciyi tih i inshih vidriznyayutsya Regulyuvalni strizhni priznacheni dlya pidtrimki kritichnogo stanu v bud yakij moment chasu dlya zupinki pusku reaktora perehodu z odnogo rivnya potuzhnosti na inshij Vsi ci operaciyi vimagayut malih zmin reaktivnosti Kompensuvalni strizhni postupovo vivodyatsya z aktivnoyi zoni reaktora zabezpechuyuchi kritichnij stan protyagom usogo chasu jogo roboti Inodi strizhni keruvannya roblyat ne z materialiv poglinachiv a z podilnih rechovin abo materialu rozsiyuvacha U teplovih reaktorah ce perevazhno poglinachi nejtroniv Odnak efektivnih poglinachiv shvidkih nejtroniv nemaye Taki poglinachi yak kadmij gafnij ta inshi silno poglinayut lishe teplovi nejtroni zavdyaki blizkosti pershogo rezonansu do teplovoyi oblasti a za mezhami ostannoyi nichim ne vidriznyayutsya vid inshih rechovin za svoyimi poglinalnimi vlastivostyami Vinyatok stanovit bor peretin poglinannya nejtroniv yakogo zmenshuyetsya z energiyeyu znachno povilnishe nizh u zaznachenih spoluk za zakonom l v Tomu bor poglinaye shvidki nejtroni hocha j slabko ale desho krashe vid inshih spoluk Materialom poglinachem v reaktori na shvidkih nejtronah mozhe sluzhiti lishe bor za mozhlivosti zbagachenij izotopom 10V Krim boru v reaktorah na shvidkih nejtronah dlya strizhniv keruvannya zastosovuyut i podilni materiali Kompensuvalnij strizhen z podilnogo materialu vikonuye tu samu funkciyu sho j strizhen poglinach nejtroniv zbilshuye reaktivnist reaktora pri prirodnomu yiyi zmenshenni Odnak na vidminu vid poglinacha takij strizhen na pochatku roboti reaktora roztashovanij za mezhami aktivnoyi zoni a potim vvoditsya v aktivnu zonu Z materialiv rozsiyuvachiv u shvidkih reaktorah vikoristovuyut nikel sho maye peretin rozsiyuvannya shvidkih nejtroniv desho bilshij nizh inshi spoluki Strizhni rozsiyuvachi roztashovuyut po periferiyi aktivnoyi zoni i yih zanurennya u vidpovidnij kanal viklikaye zmenshennya vitokiv nejtroniv z aktivnoyi zoni a otzhe zrostannya reaktivnosti U deyakih specialnih vipadkah cilyam keruvannya lancyugovoyu reakciyeyu sluguyut ruhlivi chastini vidbivachiv nejtroniv yaki pri peremishenni zminyuyut vitik nejtroniv z aktivnoyi zoni Regulyuvalni kompensuvalni ta avarijni strizhni spilno z usim ustatkuvannyam sho zabezpechuye yih normalne funkciyuvannya utvoryuyut sistemu keruvannya ta zahistu reaktora SKZ Avarijnij zahistOsnovna stattya Na vipadok neperedbachenogo katastrofichnogo rozvitku lancyugovoyi reakciyi a takozh viniknennya inshih avarijnih rezhimiv pov yazanih z energovidilennyam v aktivnij zoni konstrukciya kozhnogo reaktora peredbachaye ekstrene pripinennya lancyugovoyi reakciyi zdijsnyuvane skidannyam v aktivnu zonu specialnih avarijnih strizhniv abo strizhniv bezpeki Avarijni strizhni vigotovlyayut z materialu sho poglinaye nejtroni Voni skidayutsya pid diyeyu sili tyazhinnya v centralnu chastinu aktivnoyi zoni de potik najbilshij a znachit i najbilsha negativna reaktivnist sho yiyi vnosit v reaktor strizhen Strizhniv bezpeki yak i regulyuvalnih zazvichaj dva abo dekilka prote na vidminu vid regulyatoriv voni povinni zv yazuvati yakomoga bilshu velichinu reaktivnosti Rol strizhniv bezpeki mozhe vikonuvati j chastina kompensuvalnih strizhniv Div takozhYadernij reaktor Atomna elektrostanciyaPrimitkiLiteraturaKlimov A N Yadernaya fizika i yadernye reaktory M Atomizdat 1971 Levin V E Yadernaya fizika i yadernye reaktory 4 e izd M Atomizdat 1979 Petunin V P Teploenergetika yadernyh ustanovok M Atomizdat 1960