Глава 11. Эффекты реактивности при отравлении реактора и их расчёт.
Эффекты реактивностей. Доплер-эффект. Плотностные и спектральные эффекты реактивности. Отравление и шлакование реактора. Расчет эффектов реактивности.
Эффекты реактивности при отравлении реактора и их расчёт.
Принято выделять пять основных эффектов связанных с отравлением реактора.
1. Равновесное или стационарное отравление 
:
. (14.29)
2. Равновесное отравление самарием:
. (14.30)
3. Максимальное избыточное сверх равновесного отравление после остановки реактора – йодная яма:
(14.31)
4. Максимальное избыточное отравление самарием после остановки – прометиевый провал реактивности.
(14.32)
5. Спады или подъёмы реактивности после переходов реактора с большего на меньший или с меньшего на больший уровень мощности.
Приведём кратко физические процессы, ведущие к накоплению в реакторе сильно поглощающих 
- ксенона и самария и возникновению перечисленных эффектов реактивности. Из , непосредственно образующихся при делении можно выделить три первичных, имеющих отношение к отравлению: 
.
Теллур и неодим дают начало следующим цепочкам радиоактивных превращений:
(14.33)
(14.34)
Некоторые данные, относящиеся к цепочкам, приведены в таблице 14.1.
Табл.14.1.
Характеристики нуклидов цепочек (14.33)-(14.34)
| Нуклид | 
| 
| 
|
| 0.056 | 6.7 | |
| 0.003 | 9.2 | 2,75×106 |
| 0.014 | 47.0 | |
| - | 5,92×104 |
Из таблицы 14.1 видна основная причина отравления реактора – аномально большие сечения 
и 
.
Дифференциальные уравнения баланса ядер йода и ксенона в единичном объёме активной зоны (1 
) имеют вид:
, (14.35)
(14.36)
Члены со знаком ²- ² в правой части уравнений описывают убыль изотопа за счёт распада и выгорания, а члены с ²+ ² дают прибыль за счёт образования и 
, за счёт деления и образования , за счёт распада йода. Равновесная концентрация имеет вид:
, (14.37)
При увеличении плотности потока 
стремится к предельному значению:
. (14.38)
Равновесные концентрации прометия и самария достигаются при 
и имеют вид:
(14.39)
.
Отравление при полной остановке реактора.
Дифференциальные уравнения, описывающие отравление реактора ксеноном после остановки могут быть получены из (14.35-14.36), если учесть, что в остановленном реакторе 
.
(14.40)
(14.41)
| |||||
| |||||
 | |||||
 | |||
| |||
Рис 14.2. Изменение концентрации со временем
после остановки реактора.
Рис. 14.14. Йодная яма реактивности после останова реактора.
На рисунке (14.2) приведена зависимость концентрации 
от времени после останова реактора. На рисунке (14.3) приведена зависимость изменения реактивности от времени после останова реактора (йодная яма).
Выпишем значения 
– время достижения полной глубины йодной ямы.
(14.42)
(14.41)
Отравление самарием анализируется путём решения следующих уравнений:
(14.44)
Самарий стабилен, поэтому его максимальная концентрация после останова реактора достигается при 
и равна суммарной концентрации самария и прометия:
(14.45)
Приведём результаты оценки параметров избыточного отравления ксеноном и самарием для следующих исходных данных:
; 
, 
.
;
, 
;
;
.
При переходе реактора с большего уровня на меньший 
концентрация растёт и реактор попадает в частичную йодную яму. В случае повышения мощности 
резко увеличивается убыль из-за более высокой скорости поглощения нейтронов. Убыль концентрации ксенона в переходном процессе при подъёме мощности вызывает подъём реактивности с последующим снижением до уровня, меньше первоначального при накоплении ксенона с новой большей равновесной концентрацией.