Изменение реактивности при перегрузке активной зоны и отражателя

В соответствии с требованиями ПБЯ-03-75 [5.24] подкритичность реактора не должна быть менее 0,01 при взведенных органах аварийной защиты для состояния активной зоны с максимальным эффективным коэффициентом размножения нейтронов (п.5.12). Штатные органы компенсации реактивности реактора СМ-3 не компенсируют запас реактивности активной зоны, полностью загруженной свежими топливными сборками, следовательно реактивность необходимо уменьшать путем уменьшения общего количества делящегося вещества в реакторе до тех пор, пока эффективность КО не будет достаточной для ее компенсации. Для уменьшения количества ²³⁵U в активной зоне реактора СМ-3 применяют режим частичных перегрузок топлива, т.е. во время каждой остановки извлекают из активной зоны несколько ТВС с наибольшим выгоранием (~30¸40%) и на их место устанавливают свежие. Выполненные расчетно-экспериментальные исследования и опыт эксплуатации реактора [5.25] позволили определить среднее выгорание топлива по объему активной зоны (по 28 ячейкам), указанное в паспорте реактора [5.26] - 15%, которое обеспечивает (при выполнении определенных условий [5.25] по компоновке топлива и заполнению экспериментальных объемов) требуемую ПБЯ-03-75 подкритичность при перегрузках реактора.

Характерной особенностью любого ядерного реактора при перегрузке активной зоны является различие значений эффектов реактивности по изменению запаса реактивности и изменению подкритичности. Это связано с влиянием изменений в составе активной зоны реактора на эффективность органов компенсации запаса реактивности, полностью погруженных в активную зону при проведении перегрузки. Для реактора СМ-3 такое различие наиболее значительно из-за малых размеров активной зоны и высокой концентрации делящегося вещества в ней. Любая перегрузочная операция приводит к заметному возмущению физических характеристик активной зоны. Поэтому при проведении перегрузочных операций в активной зоне и ближайших к ней ячейках отражателя (рис.5.7) значения эффектов реактивности по изменению запаса реактивности и изменению подкритичности могут различаться в несколько раз [5.25, 5.27]. В тоже время, в соответствии с ПБЯ-03-75 безопасное состояние реактора определяется подкритичностью активной зоны при взведенных органах АЗ и погруженных органах компенсации запаса реактивности. Таким образом, для оценки изменения реактивности при перегрузке активной зоны и отражателя реактора СМ-3 более правильным будет использование эффектов реактивности по изменению подкритичности.

Исследования изменения реактивности при проведении различных перегрузочных операций в активной зоне и отражателе реактора СМ-3 выполнялись как на этапе физического пуска после реконструкции 1991¸1992гг, так и в ходе дальнейшей эксплуатации реактора. Измерения проводились как непосредственно на реакторе, так и на его физической модели - критической сборке. Результаты измерений подробно представлены в работе [5.25]. Анализ полученных результатов показывает, что эффекты реактивности даже для однотипных перегрузочных операций меняются в некоторых пределах. Очевидно, что для надежного обеспечения безопасности при проведении перегрузки нужно использовать максимальные значения соответствующих эффектов реактивности.

При перегрузке ТВС изменение реактивности зависит от геометрического положения перегружаемой ячейки в активной зоне и выгорания (распределения) топлива в активной зоне . При загрузке (выгрузке) ТВС с одинаковым выгоранием наибольшее значение эффекта наблюдается в ячейках активной зоны, прилегающих к нейтронной ловушке.

Максимальные значения эффектов реактивности при перегрузке свежих ТВС и с выгоранием ~40% приведены в табл. № 5.7. При необходимости перегрузки ТВС с меньшим выгоранием соответствующий эффект реактивности определяется линейной экстраполяцией предельных значений. В табл. № 5.7 также приведены эффекты реактивности при перегрузке элементов центральной замедляющей полости.

Таблица № 5.7

Изменение реактивности при перегрузке активной зоны реактора СМ-3

В отражателе существенное влияние на нейтронно-физические характеристики реактора оказывает перегрузка ближайших к активной зоне ячеек (ячейки 2, 3, 4, 5, Д-4, Д-6, Д-8, Д-10). Эффекты реактивности при загрузке в эти ячейки облучательных устройств различной конструкции и корпусов экспериментальных каналов приведены в табл.5.8. Эффекты реактивности при перегрузке удаленных ячеек отражателя близки к нулю и используемыми средствами измерений не фиксируются.

Таблица № 5.8

Эффекты реактивности от загрузки облучательных устройств и корпусов каналов в ячейки 2, 3, 4, 5, Д-4, Д-6, Д-8, Д-10 отражателя реактора СМ-3

Значения эффектов реактивности, приведенные в табл. № 5.8, получены при перегрузке одной ячейки отражателя реактора СМ-3. Кроме этого, на этапе физпуска реактора после реконструкции определены эффекты реактивности от загрузки нескольких ячеек отражателя [5.26]:

· эффект реактивности от установки 4 корпусов каналов из нержавеющей стали в ближайшие к активной зоне ячейки отражателя составил -0,1b_эф;

· эффект реактивности от загрузки во все ячейки отражателя алюминиевых пробок близок к нулю;

· эффект реактивности от установки корпусов каналов из нержавеющей стали во все ячейки отражателя составил -0,44b_эф.