Эффект нестационарного отравления Xe и Sm

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 18Следующая ⇒

Важность и сложность эффектов нестационарного отравления обусловлена тем, что при изменении мощности реактора происходит нарушение динамического равновесия между прибылью и убылью ядер-отравителей и, следовательно, происходит сложное изменение реактивности реактора за счет отравления . Для объяснения этих эффектов рассматривают, обычно, несколько типичных ситуаций таких как :

a. Старт реактора с нуля до номинального значения мощности W_ном и потока (этот случай выхода на равновесное отравление был рассмотрен в предыдущем разделе);

b. Останов реактора с мощности 100% W_ном ( и уровня стационарных отравлений) до нуля ;

c. Снижение мощности со 100% W_ном ( и уровня стационарных отравлений) на W_ном 50%;

d. Увеличение мощности от 50% W_ном ( и уровня стационарных отравлений) до 100% W_ном.

А Эффекты нестационарного отравления Xe

Нестационарное отравление реактора Xe при сбросе мощности со 100% W_ном до нуля. Йодная яма.

Сброс мощности реактора приводит к нарушению динамического равновесия концентрации ¹³⁵Хе.

Пусть после достаточно длительной работы реактора с начальным запасом реактивности r_зап ,который через примерно 48 часов уменьшился на величину равновесного отравления ксеноном r_Хе⁰,происходит его полный останов (при t= t_д.ст ), как это изображено на рис.5.8. После остановки реактора (в отсутствии нейтронного потока Ф) происходит прекращения выгорания ксенона и прекращение производства йода. Дальнейшая динамика концентрации ксенона на остановленном реакторе определяется только балансом распада накопленных йода и ксенона. Поскольку скорость распада ксенона ниже скорости распада йода (так как (Т_1/2)_Xe= 9.2ч > (T_1/2)_I=6.7 ч), то сначала (в течение t<t^макс_йя т.е. от 0 до 9-12 час) наблюдается временное увеличение концентрации ¹³⁵Хе (из-за распада избыточного ¹³⁵I), причем концентрация ¹³⁵Хе растет и проходит максимум до момента (t=t_йя^макс), пока не начинает сказываться распад ¹³⁵Хе, в результате которого концентрация ¹³⁵Хе снижается сначала до своего равновесного значения, а потом и до нуля.

Рис.5.8 Нестационарное отравление ¹³⁵Хе после остановки реактора.

Соответственно, реактивность реактора сначала (в течение t< t_йя^макс т.е. от 0 до 9-12 час) резко снижается от своего равновесного значения (r_зап -r_Хе⁰), до нуля, а затем и до отрицательной величины, если запас реактивности недостаточен. Пройдя минимум, реактивность в течение еще 20-60 часов восстанавливается сначала до значений (r_зап -r_Хе⁰),а затем и до значения исходной реактивности реактора т.е. до r_зап . При этом собственно реактивность ксенона варьируется от -r_Хе⁰до-r_Хе^мин,и затем до нуля.

Йодной ямойназывают эффект уменьшения запаса реактивности после остановкиреактора(яма называется “йодной”, поскольку ¹³⁵Хе в данном случае образуется как продукт распада йода). При эксплуатации попадание реактора йодную яму крайне нежелательно, поскольку надо либо ждать около 20-30 ч.( пока концентрация ¹³⁵Хе вернется к той, которая была до остановки реактора), либо иметь большой запас реактивности в работающем реакторе, чтобы использовать его для вывода отравленного ксеноном реактора на мощность.

Работа реактора на границе йодной ямы может быть не только сложна, но и опасна, что подтверждается историей аварии на ЧАЭС, где реактор перед аварией был сильно отравлен ксеноном, что значительно ограничивало свободу маневра и выбор путей управления реактором( для удержания реактора в критическом состоянии).

Все характеристики кривых, изображенных на рис. 5.8. можно получить при анализе формул ксенонового отравления, однако это достаточно сложно математически и поэтому выходит за рамки поставленной в данной книге задачи.

Время когда концентрация ¹³⁵Хе достигнет максимального значения и соответственно потеря реактивности на отравление будет максимальной, называют временем достижения максимума йодной ямы t_й.я.^макс.

Потерю реактивности r_й.я_. в момент времени t_й.я.^макс называют глубиной йодной ямы.

Время достижения йодной ямы находят можно получить из уравнений динамики йода-ксенона как:

t_й_._я_.^макс = 1/(l_Xe - l_I )ln[l_Xe/ l_I + (l_Xe( l_I - l_Xe )/ l_I²)( N_Xe(0)/ N_I(0))] (5.21)

Обычно время t_й.я.^макс для реактора с Ф»10¹⁴ н/см² *с составляет примерно 12 часов.

Можно показать, что с увеличением плотности потока нейтронов Ф в реакторе до останова одновременно с увеличением t_й.я.^макс увеличивается и глубина йодной ямы. Эта закономерность понятна также и из физических соображений, поскольку, чем больше предшествующая плотность потока нейтронов, тем больше концентрация йода, являющегося предшественником ксенона. Подчеркнем, что глубина йодной ямы r_й.я. в реакторах с высокой плотностью потока нейтронов может существенно превышать потерю реактивности при стационарном отравлении.

Понятием вынужденная стоянка реактора называют такое состояние реактора, в котором пуск его невозможен из-за недостаточности «оперативного» запаса реактивности для компенсации эффекта отравления, т.е. когда реактивность реактора r меньше нуля. Для управления важным является время вынужденной стоянки t_в.ст_., т.е. время, в течение которого потеря реактивности вследствие отравления превышает по абсолютному значению располагаемый запас реактивности. Весьма характерным параметром является промежуток времени от момента остановки реактора до наступления вынужденной стоянки, т.е. время, в течение которого Dr_зап>r_Xe или реактивность реактора r>0. Это время называют временем допустимой стоянки t_д.ст.(оперативным временем),т.е. временемдо наступления вынужденной стоянки. Как видно из рис. 5.8, времена t_д.ст. и t_в.ст. зависят нескольких факторов:

· от запаса реактивности Dr_зап в момент остановки;

· глубины и продолжительности йодной ямы, т.е. от мощности реактора до остановки;

· времени работы реактора на данной мощности, то есть, если оно меньше 40 ч (когда отравление еще не достигло стационарного значения для данной мощности).

Время допустимой стоянки можно оценить исходя из Dr_зап в момент остановки и скорости уменьшения его за счет йодной ямы (dr_й.я./dt при t=0) по специальной формуле. Но при эксплуатации реакторной установки для определения изменения запаса реактивности при протекании нестационарного процесса на ¹³⁵Хе не пользуются формулами, а в альбоме нейтронно -физических характеристик имеются графики зависимостей r_Xe(t) при различных величинах изменения мощности.

На рис. 5.9 показан примерный характер зависимости r_Xe(t) для реактора ВВЭР-1000 при полной остановке и снижении мощности до 50%, когда на момент снижения мощности в нем установились равновесные концентрации ¹³⁵I и ¹³⁵Хе.

Графики нестационарного отравления ксеноном нужны оператору для решения задач оценки маневров мощности и выбора такого режима снижения мощности, чтобы избежать вынужденной остановки.

Рис 5.9. Зависимость r_Xe(t) при останове реактора со 100% мощности и при снижении нагрузки от 100% до 50% мощности.

Переходные процессы на Хе при изменениях мощности со 100%W до 50%W и с 50%W до 100%W.

Данные переходные процессы рассматриваются с учетом того, что на исходном уровне мощности реактор проработал не менее 2-х суток, т.е. в нем установились равновесные концентрации йода и ксенона..

При изменении мощности ядерного реактора, как и в предыдущем случае, нарушается установившееся равновесное отравление реактора ксеноном. В данных ситуациях при снижении/увеличении нагрузки W₁ Þ W₂ важными величинами будут значения стационарных концентраций ксенона N_Xe^ст и равновесных уровней потери реактивности на Хе - r_Xe^ст₁ r_Xe^ст₂ так как именно эти значения будут точками с которых начинается процесс (r_Xe^ст₁) и на которые он выйдет после окончания процесса (r_Xe^ст₂).

Снижение нагрузки со 100%W до 50%W.

График переходного процесса для величины потери реактивности изображен на рис. 5.9 и, частично, на рис 5.10.

При уменьшении плотности потока нейтронов (снижении мощности реактора) синхронно уменьшаются скорость наработки йода и выгорания ксенона, в то время, как скорость образования ксенона за счет распада ранее накопившегося йода также снижается, но с некоторым запаздыванием. В результате, сразу же после снижения мощности реактора, концентрация ксенона увеличивается и, соответственно, возрастает потеря реактивности на отравление, образуется йодная яма, которая имеет небольшую ( по сравнению с максимальной) глубину. Но так как концентрация йода постепенно уменьшается, приближаясь к новому стационарному уровню, соответствующему меньшей плотности потока нейтронов (мощности реактора W₂), то концентрация ксенона, достигнув максимума, начнет убывать. Соответственно, величина потери реактивности, пройдя минимум, возрастает и выходит на стационарный уровень, соответствующий новому значению мощности W₂.

Глубина и время достижения минимума йодной ямы, при частичном снижении мощности, получаются меньшими, чем при полном останове реактора. Это объясняется тем, что при частичном снижении мощности концентрация ксенона уменьшается не только вследствие радиоактивного распада, как при останове реактора, но и из-за выгорания ксенона на новом уровне мощности W₂. Величина r_й.я. и t_й.я.^макс при частичном снижении мощности зависят от соотношения концентраций йода и ксенона перед моментом снижения мощности, а также от исходной W₁ и конечной W2 мощностей реактора. При прочих равных условиях глубина йодной ямы ½r_й.я.½ и время выхода ее на минимум t_й.я.^макс тем больше, чем больше разность между исходной и конечной мощностью ядерного реактора.

Рис 5.10. Нестационарные отравление Хе при изменениях мощности

Повышение нагрузки с 50% W до 100% W.

Точно так же, как снижение мощности ядерного реактора приводит к появлению йодной ямы, увеличение мощности влечет за собой появление положительного ксенонового выбега реактивности. Основные черты и характеристики процесса по мощности W₁ Þ W₂ и потере реактивности r_Xe^ст₁ r_Xe^ст₂ в некотором смысле противоположны тем, которые были рассмотрены выше.

В начале процесса, при увеличении мощности ядерного реактора, скорость выгорания ксенона и скорость генерации йода увеличиваются. Поскольку скорость образования ксенона в течение некоторого времени (пока количество йода еще не успело заметно возрасти) остается прежней, а его выгорание выросло, то в этот период отравление топлива уменьшается. И только через некоторое время, когда концентрация йода заметно увеличится в соответствии с возросшим значением плотности потока нейтронов Ф₂, скорость образования ксенона начнет превосходить скорость его убыли и концентрация ксенона возрастает до уровня, соответствующего более высокой мощности W₂. Соответственно, потеря реактивности на ксеноне -r_Xe сначала уменьшается по абсолютной величине, затем, пройдя пик выбега, выходит на более глубокий уровень r_Xe^ст₂ , соответствующий большей мощности. Иллюстрация описанного процесса также представлена на рисунке 5.10.

Для оценки планируемого переходного режима оперативный персонал использует альбом нейтронно-физических характеристик с таблицами или графиками параметров йодных ям. Абсолютная величина ксеноновых выбегов реактивности очень невелика, в отличие от йодных ям, поэтому их значения в таблицах не указывают.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1218; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!