Atomreaktorreaktivitet

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 10. maj 2021; checks kræver 5 redigeringer .

En atomreaktors reaktivitet er en dimensionsløs størrelse, der karakteriserer adfærden af en fissionskædereaktion i kernen af en atomreaktor og udtrykkes ved forholdet:

\rho ={{k_{{ef}}-1} \over k_{{ef}}}

hvor angiver den effektive neutronmultiplikationsfaktor . Reaktivitet afhænger af reaktorens form, arrangementet af materialer i den og disse materialers neutroniske egenskaber. Det er en integreret parameter i en atomreaktor, det vil sige, at den karakteriserer hele reaktoren som helhed. $k_{{ef}}$

I forskellige tilfælde kan værdien af reaktivitet for nemheds skyld udtrykkes som en procentdel, effektive fraktioner af forsinkede neutroner , "dollars" (reaktivitetsenhed) og deres hundrededele af cents osv.

Forbindelse med strøm

Afhængigt af reaktivitetens tegn opfører reaktorens neutronkraft sig anderledes. For eksempel, i fravær af en yderligere intern kilde til neutroner og tilbagekoblinger i en atomreaktor, skelnes der mellem tre forskellige tilstande.

Hvis , så ændres neutroneffekten ikke. Denne tilstand af reaktoren kaldes kritisk . $\rho =0,k_{{ef}}=1$
Hvis , så vil neutroneffekten efter dæmpningen af transienterne stige. Denne tilstand af reaktoren kaldes superkritisk . $\rho >0,k_{{ef}}>1$
Hvis , så vil neutroneffekten efter dæmpningen af transiente processer falde. Denne tilstand af reaktoren kaldes subkritisk . $\rho<0,k_{{ef}}<1$

Mere præcist er reaktivitet inkluderet som en parameter i den enkleste omtrentlige model af en atomreaktor, skrevet i en punkttilnærmelse : $\rho$

N'(t)={\frac {\rho -\beta }{\Lambda }}N(t)+\lambda C(t)+S(t),

C'(t)={\frac {\beta }{\Lambda }}N(t)-\lambda C(t).

Her er N(t) det samlede antal neutroner i reaktoren ; neutroner (spontant henfald, startkilde for neutroner osv.). $C(t)$ $\beta$ $\lambda ,s^{{-1}}$ $\Lambda (\rho )\,,s$ $S(t)$

I atomkraftreaktorer er neutronfeltets opførsel meget mere kompleks end i modellen præsenteret ovenfor. Neutronfeltet afhænger af de rumlige, vinkel- og energivariabler, på indflydelsen af forskellige typer tilbagekoblinger , virkninger af forgiftning , udbrændthed osv. Regnskab for disse faktorer fører til en ikke-lineær integro-differentialligning af neutronfeltet, hvorfra det følger, at der ikke er noget entydigt forhold mellem reaktorens reaktivitet og ændring i dens neutronstyrke på nuværende tidspunkt.

For eksempel, hvis neutroner i det indledende tidspunkt var placeret på steder, hvor der er større sandsynlighed for, at de går tabt, så indtil den samme relative ændringshastighed i antallet af neutroner er etableret på alle punkter i reaktoren, vil der være en tendens til at reducere magten. Det omvendte er også sandt, den indledende fordeling af neutronfluxtætheden kan være sådan, at i begyndelsen af processen vil neutroneffekten stige med negativ reaktivitet.

Brug i praksis

Reaktivitet er meget udbredt i praksis, da det er bekvemt at karakterisere graden af afvigelse af reaktoren fra dens kritiske tilstand ved hjælp af denne parameter. For eksempel ved at plotte reaktivitetens afhængighed af nedsænkningsdybden af en absorberende stang i kernen, kan man bestemme stangens position, hvor reaktoreffekten vil være konstant.

Derudover har reaktiviteten med små afvigelser fra nul (næsten kritisk tilstand af reaktoren) egenskaben additivitet, hvilket gør det muligt at tildele de tilsvarende effektivitetsværdier til reguleringsorganerne (f.eks. vægten af stang ).

Med brugen af reaktivitet introduceres begreber, der i en første tilnærmelse karakteriserer et reaktoranlægs stabilitet og sikkerhed: effekter og reaktivitetskoefficienter .

I praksis med at drive atomkraftværker bruges effekterne og reaktivitetskoefficienterne som

kontrolparametre, hvormed sikkerhedsniveauet for en atomreaktor vurderes;
benchmarks, som bruges til at verificere reaktorberegningssoftwaren.

Af disse grunde udføres periodiske målinger af effekterne og reaktivitetskoefficienterne på reaktoranlæg i drift.

På trods af den udbredte brug af begrebet reaktivitet og dets derivater, er deres anvendelse i praksis til at forudsige en atomreaktors reelle adfærd stærkt begrænset af betingelserne for at udføre punkttilnærmelsen : reaktorens fysisk lille størrelse eller uniform, små forstyrrelser.

Reaktivitetsenheder

Reaktivitet er en dimensionsløs størrelse , det er kun et tal, og der kræves ingen specielle enheder for at måle reaktivitet. Men i praksis bruges forskellige relative og konventionelle enheder til at måle det:

1. reaktivitet kan måles som en procentdel , det vil sige i enheder svarende til en hundrededel af den enhed, der følger af definitionen af reaktivitet.

2. reaktivitet måles i omvendte timer . Denne enhed bruges til lille reaktivitet ved måling af reaktorens perioder. Den omvendte time er den reaktivitet, der svarer til en steady -state reaktorperiode på 1 time.

3. reaktivitet måles i enheder af β (fraktioner af forsinkede neutroner ) - de såkaldte dollars og deres derivater, cents (én dollar tages for at være reaktivitet lig med β; cents er hundrededele af reaktivitet). Da p = β er grænseværdien for reaktiviteten af en forsinket neutronstyret reaktor, er det forståeligt, hvorfor en sådan værdi af reaktivitet tages som en enhed, især da den absolutte værdi af denne enhed afhænger af typen af nukleart brændsel. Således er β 239 Pu (0,0021 eller 0,21 %) tre gange mindre end β 235 U (0,0065 eller 0,65 %), og reaktiviteten udtrykt i absolutte enheder indikerer ikke altid, hvordan den er tæt på grænseværdien. Reaktivitet i cent udtrykkes altid i brøkdele af dens grænseværdi, og en sådan repræsentation af reaktivitet er universel.

Reaktivitetskontrol

Reaktiviteten af en atomreaktor ændres ved at bevæge sig i kernen af kædereaktionskontrolelementerne - cylindriske eller anden form for kontrolstænger, hvis materiale indeholder stoffer, der kraftigt absorberer neutroner ( bor , cadmium , etc.). En sådan stang introducerer, når den er fuldstændig nedsænket i kernen, en negativ reaktivitet, eller, som man siger, binder reaktorens reaktivitet til et par tusindedele. Værdien af den tilhørende reaktivitet afhænger både af stangoverfladens materiale og størrelse og af nedsænkningsstedet i kernen, da antallet af absorberede neutroner i stavmaterialet afhænger af neutronfluxen , som er minimal i det perifere dele af kernen. Fjernelsen af stangen fra den aktive zone er ledsaget af frigivelse af reaktivitet, og da stangen altid bevæger sig langs sin akse, er reaktivitetstilvæksten karakteriseret ved en ændring i positionen af enden af stangen i den aktive zone. Når stangen er helt nedsænket, er den maksimalt mulige reaktivitet forbundet, men at flytte stangen med en given brøkdel af dens samlede længde, f.eks. med en hundrededel, forårsager den mindste ændring i reaktorens reaktivitet, fordi slutningen af stangen bevæger sig til området med den laveste neutronflux.

Hvis stangen er halvt nedsænket, binder den halvdelen af den mulige reaktivitet, men at nu flytte stangen opad med den samme brøkdel af længden ledsages af den maksimale frigivelse af reaktivitet. I sidstnævnte tilfælde overstiger den frigivne reaktivitet det dobbelte af den gennemsnitlige reaktivitet forbundet med den samme brøkdel af stangens længde. Hvis vi for en sikkerheds skyld antager, at den samlede reaktivitet bundet af stangen er 5⋅10 −3 , så overstiger frigivelsen af reaktivitet, når stangen bevæger sig en hundrededel af sin længde, ikke 10 −4 . Højden af reaktorkernen er normalt mere end en meter, og positionen af enden af kontrolstangen er fastgjort med en nøjagtighed meget større end en centimeter. Som et resultat viser det sig, at i reaktivitetsområdet fra nul til maksimum kan reaktorreaktiviteten styres med en nøjagtighed på 10 −5 , og steady -state perioderne , svarende til en så lille reaktivitet, måles i timer. I fravær af forsinkede neutroner ville kontrol af reaktivitet med en nøjagtighed på 10 −5 være klart utilstrækkelig.

Se også

Litteratur

A.N. Klimov. Kernefysik og atomreaktorer. — M.: Atomizdat , 1971. — 384 s.
V. E. Levin. Kernefysik og atomreaktorer. 4. udg. — M.: Atomizdat , 1979. — 288 s.
B. V. Petunin. Termisk energiteknik af nukleare installationer. — M.: Atomizdat , 1960. — 232 s.
V. E. Zhitarev, V. M. Kachanov, G. V. Lebedev, A. Yu. Sergevnin. Spørgsmål om atomvidenskab og teknologi, serier - atomreaktorers fysik, udgave 4, National Research Center "Kurchatov Institute", 2013. - 46 s.