WikiDer > Коэффициент пустоты - Википедия

Void coefficient - Wikipedia

В ядерная техника, то коэффициент пустоты (правильнее называть паровой коэффициент реактивности) - это число, которое можно использовать для оценки того, насколько реактивность из ядерный реактор изменяется по мере образования пустот (обычно пузырьков пара) в реакторе Модератор или же охлаждающая жидкость. Чистая реактивность в реакторе - это сумма всех этих вкладов, из которых пустотный коэффициент равен лишь единице. Реакторы, в которых либо замедлитель, либо теплоноситель является жидкостью, обычно имеют значение коэффициента пустотности либо отрицательное (если в реакторе понижено замедление), либо положительное (если реактор чрезмерно замедлен). Реакторы, в которых ни замедлитель, ни теплоноситель не являются жидкостью (например, реактор с графитовым замедлителем и газовым охлаждением), будут иметь значение коэффициента пустотности, равное нулю. Неясно, как определение коэффициента пустотности применимо к реакторам, в которых замедлитель / теплоноситель не является ни жидкостью, ни газом (реактор со сверхкритической водой).

Объяснение

Ядерное деление реакторы работают на ядерных цепные реакции, в котором каждый ядро который подвергается делению, выделяет тепло и нейтроны. Каждый нейтрон может столкнуться с другим ядром и вызвать его деление. Скорость этого нейтрона влияет на его вероятность вызвать дополнительное деление, как и присутствие поглощающего нейтроны материала. С одной стороны, медленные нейтроны делящимися ядрами легче поглощаются, чем быстрые нейтроны, так что замедлитель нейтронов что замедляет нейтроны, увеличит реактивность ядерного реактора. С другой стороны, поглотитель нейтронов снизит реактивность ядерного реактора. Эти два механизма используются для управления выходной тепловой мощностью ядерного реактора.

Чтобы ядерный реактор оставался целым и работающим, а также извлекал из него полезную мощность, необходимо использовать систему охлаждения. В некоторых реакторах циркулирует вода под давлением; некоторые используют жидкость металл, Такие как натрий, NaK, вести, или же Меркурий; другие используют газы (см. усовершенствованный газоохлаждаемый реактор). Если хладагент - жидкость, он может закипеть, если температура внутри реактора повысится. Это кипение приводит к пустоты внутри реактора. Пустоты также могут образовываться, если теплоноситель уходит из реактора в результате какой-либо аварии (называемой потеря теплоносителя авария, в которой есть другие опасности). Некоторые реакторы работают с теплоносителем в состоянии постоянного кипения, используя генерируемый пар для вращения турбин.

Жидкий теплоноситель может действовать как поглотитель нейтронов, как замедлитель нейтронов, обычно как оба, но с той или иной ролью как наиболее влиятельной. В любом случае количество пустот внутри реактора может повлиять на реактивность реактора. Изменение реактивности, вызванное изменением пустот внутри реактора, прямо пропорционально коэффициент пустоты.

Положительный коэффициент пустотности означает, что реактивность увеличивается по мере увеличения пустотности внутри реактора из-за повышенного кипения или потери теплоносителя; например, если теплоноситель действует преимущественно как поглотитель нейтронов. Этот положительный коэффициент пустотности вызывает положительный отзыв петлю, начиная с первого появления пузырьков пара. Это может быстро вскипятить весь теплоноситель в реакторе, если этому не будет противодействовать (автоматический) механизм управления или если время срабатывания указанного механизма будет слишком медленным. Это произошло в РБМК реактор, который был разрушен в Чернобыльская катастрофа поскольку механизм автоматического управления был в основном отключен (и операторы несколько опрометчиво пытались быстро восстановить высокий уровень мощности. Из-за плохой конструкции управляющих стержней операторы не знали, что существует максимальный уровень нейтронный яд в основном).

Отрицательный коэффициент пустотности означает, что реакционная способность снижается по мере увеличения пустотности внутри реактора, но это также означает, что реактивность увеличивается, если количество пустот внутри реактора уменьшается. В реакторах с кипящей водой с большими отрицательными коэффициентами пустотности резкое повышение давления (вызванное, например, незапланированным закрытием клапана обтекания) приведет к внезапному уменьшению пустотности: повышенное давление приведет к тому, что некоторые из пузырьков пара станут конденсировать («коллапс»); и тепловая мощность, возможно, будет увеличиваться до тех пор, пока она не будет остановлена ​​системами безопасности, за счет увеличения образования пустот из-за более высокой мощности или, возможно, из-за отказов системы или компонентов, которые сбрасывают давление, вызывая увеличение пустотности и снижение мощности. Все реакторы с кипящей водой спроектированы (и необходимы) для работы с переходными процессами такого типа. С другой стороны, если реактор спроектирован так, чтобы он работал без пустот, большой отрицательный коэффициент пустотности может служить системой безопасности. Потеря теплоносителя в таком реакторе снижает тепловую мощность, но, конечно, выделяемое тепло больше не удаляется, поэтому температура может повыситься (если все другие системы безопасности одновременно откажутся).

Таким образом, большой коэффициент пустотности, как положительный, так и отрицательный, может быть либо проблемой конструкции (требующей более тщательных и быстродействующих систем управления), либо желаемым качеством в зависимости от конструкции реактора. Реакторы с газовым охлаждением не имеют проблем с образованием пустот.

Конструкции реакторов

  • Реакторы кипящей воды обычно имеют отрицательные коэффициенты пустотности, а при нормальной работе отрицательный коэффициент пустотности позволяет регулировать мощность реактора путем изменения скорости потока воды через активную зону. Отрицательный коэффициент пустотности может вызвать незапланированное увеличение мощности реактора в случае событий (таких как внезапное закрытие клапана линии тока), когда давление в реакторе внезапно увеличивается. Кроме того, отрицательный коэффициент пустотности может привести к колебаниям мощности в случае внезапного уменьшения потока в сердечнике, например, из-за отказа рециркуляционного насоса. Реакторы с кипящей водой спроектированы таким образом, чтобы гарантировать, что скорость повышения давления от внезапного закрытия клапана обтекания ограничена до приемлемых значений, и они включают в себя несколько систем безопасности, предназначенных для обеспечения того, чтобы любое внезапное повышение мощности реактора или нестабильные колебания мощности прекращались до подачи топлива или трубопровода. может произойти повреждение.
  • Реакторы с водой под давлением работают с относительно небольшим количеством пустот, а вода служит замедлителем и теплоносителем. Таким образом, большой отрицательный коэффициент пустотности гарантирует, что если вода закипит или потеряна, выходная мощность упадет.
  • КАНДУ реакторы имеют положительные пустотные коэффициенты, которые достаточно малы, чтобы системы управления могли легко реагировать на кипение теплоносителя до того, как реактор достигнет опасных температур (см. Ссылки).
  • РБМК реакторы, такие как реакторы в Чернобыле, имеют опасно высокий положительный коэффициент пустотности. Это позволило реактору работать на необогащенном уран и не требовать тяжелая вода, экономия затрат (также, в отличие от других российских основных конструкций реакторов ВВЭР, РБМК были двойного назначения,[1] способен производить оружейный плутоний). До аварии на Чернобыльской АЭС эти реакторы имели положительный КПД 4,7. бета а после аварии она была понижена до 0,7 бета. Это было сделано для того, чтобы все реакторы РБМК могли возобновить безопасную работу и вырабатывать столь необходимую энергию для тогдашнего СССР и его спутников.
  • Реакторы-размножители на быстрых нейтронах не пользуйтесь модераторами, так как они работают на быстрые нейтроны, но охлаждающая жидкость (часто вести или же натрий) может служить поглотителем и отражателем нейтронов. По этой причине они имеют положительный коэффициент пустотности.
  • Магнокс реакторы, усовершенствованные реакторы с газовым охлаждением и реакторы с галечным слоем имеют газовое охлаждение, поэтому коэффициент пустотности не является проблемой. Фактически, некоторые из них могут быть спроектированы так, чтобы полная потеря теплоносителя не вызывала расплавление активной зоны даже при отсутствии активных систем управления. Как и в случае любой конструкции реактора, потеря теплоносителя является лишь одним из многих возможных отказов, которые потенциально могут привести к аварии. В случае случайного попадания жидкой воды в активную зону реакторов с галечным слоем может возникнуть положительный коэффициент пустотности.[2] Магнокс и UNGG реакторы были спроектированы с двойной целью производства электричество и оружейный плутоний для ядерного оружия.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Prelas, Mark A .; Пек, Майкл (2016-04-07). Проблемы нераспространения оружия массового уничтожения. Google Книги. п. 89. ISBN 9781420028652. Получено 2016-04-20.
  2. ^ См. Раздел 5.1.4.

Рекомендации