Az atomreaktor reakciókészsége

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. május 10-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 5 szerkesztést igényelnek .

Az atomreaktor reaktivitása egy dimenzió nélküli mennyiség, amely az atomreaktor zónájában lezajló hasadási láncreakció  viselkedését jellemzi , és a következő összefüggéssel fejezi ki:

,

ahol az effektív neutronszorzótényezőt jelöli . A reakcióképesség függ a reaktor alakjától, a benne lévő anyagok elrendezésétől és ezen anyagok neutronikus tulajdonságaitól. Az atomreaktor szerves paramétere, vagyis az egész reaktor egészét jellemzi.

Különböző esetekben a kényelem kedvéért a reaktivitás értéke százalékban is kifejezhető, a késleltetett neutronok effektív töredékei , a „dollárok” (reaktivitás mértékegysége) és századcenteik stb.

Csatlakozás az áramellátáshoz

A reaktivitás előjelétől függően a reaktor neutronteljesítménye eltérően viselkedik. Például egy további belső neutronforrás és visszacsatolás hiányában egy atomreaktorban három különböző állapotot különböztetnek meg.

Pontosabban, a reakcióképesség paraméterként szerepel az atomreaktor legegyszerűbb közelítő modelljében, pontközelítéssel írva :

 Itt N( t ) a  reaktorban  lévő  neutronok teljes száma  ; neutronok (spontán bomlás, neutronok kiindulási forrása stb.).

Az atomerőműves reaktorokban a neutrontér viselkedése sokkal összetettebb, mint a fent bemutatott modellben. A neutrontér függ a térbeli, szög- és energiaváltozóktól, a különféle visszacsatolások hatásától , a mérgezés , a kiégés stb. Ebből következik, hogy nincs egyértelmű kapcsolat a reaktor reaktivitása és neutronteljesítményének aktuális időpontban bekövetkezett változása között.

Például, ha a neutronok a kezdeti pillanatban olyan helyeken helyezkedtek el, ahol nagyobb valószínűséggel vesznek el, akkor mindaddig, amíg a neutronok számának azonos relatív változási sebessége nem jön létre a reaktor minden pontján, addig egy hajlam a teljesítmény csökkentésére. Ennek fordítva is igaz, a neutronfluxussűrűség kezdeti eloszlása ​​lehet olyan, hogy a folyamat elején a neutron teljesítménye negatív reaktivitással nő.

Használata a gyakorlatban

A gyakorlatban széles körben alkalmazzák a reaktivitást, mivel ezzel a paraméterrel célszerű jellemezni a reaktor kritikus állapotától való eltérésének mértékét. Például a reaktivitás függését egy abszorbeáló rúd zónában való merülési mélységétől való ábrázolásával meghatározhatjuk a rúd azon helyzetét, amelynél a reaktor teljesítménye állandó lesz.

Ezenkívül a nullától való kis eltérésekkel (a reaktor közel kritikus állapota) a reaktivitás additív tulajdonsággal rendelkezik, amely lehetővé teszi a megfelelő hatékonysági értékek hozzárendelését a szabályozó szervekhez (például a reaktor súlya). rúd ).

A reaktivitás használatával olyan fogalmak kerülnek bevezetésre, amelyek első közelítésben a reaktortelep stabilitását és biztonságát jellemzik: hatások és reaktivitási együtthatók .

Az atomerőművek üzemeltetésének gyakorlatában a hatásokat és a reakcióképességi együtthatókat úgy használjuk, mint

Ezen okok miatt a hatások és reaktivitási együtthatók időszakos mérését végzik a működő reaktorlétesítményekben.

Általánosságban elmondható, hogy a reaktivitás kifejezés és származékai széles körben elterjedt használata ellenére, a gyakorlati alkalmazásukat az atomreaktor valós viselkedésének előrejelzésére erősen korlátozzák a pontközelítés végrehajtásának feltételei : a reaktor fizikailag kis mérete vagy egyenletessége, apró zavarok.

Reaktivitás mértékegységei

A reaktivitás egy dimenzió nélküli mennyiség , csak egy szám, és nincs szükség speciális mértékegységekre a reaktivitás mérésére. A gyakorlatban azonban különféle relatív és konvencionális mértékegységeket használnak a mérésére:

1. a reakcióképesség százalékban mérhető , azaz a reaktivitás definíciójából adódó egység századának megfelelő egységekben.

2. a reakcióképességet fordított órákban mérjük . Ezt az egységet kis reakcióképességre használják a reaktor periódusainak mérésekor. A fordított óra az 1 órás állandósult állapotú reaktorperiódusnak megfelelő reaktivitás .

3. a reaktivitás mértéke β egységekben (a késleltetett neutronok töredéke ) - az úgynevezett dollárban és származékaiban, centben (egy dollárt β-val egyenlő reaktivitásnak tekintünk; a cent a reaktivitás századrésze). Mivel p = β a késleltetett neutronvezérlésű reaktor reaktivitásának határértéke, érthető, hogy miért veszünk egy ilyen reaktivitási értéket egységnek, különösen azért, mert ennek az egységnek az abszolút értéke a nukleáris fűtőanyag típusától függ. Így a β 239 Pu (0,0021 vagy 0,21%) háromszor kisebb, mint a β 235 U (0,0065 vagy 0,65%), és az abszolút egységekben kifejezett reaktivitás nem mindig jelzi, hogy mennyire van közel a határértékhez. A centben kifejezett reaktivitást mindig a határérték töredékében fejezzük ki, és a reakcióképesség ilyen ábrázolása univerzális.

Reaktivitás szabályozás

Az atomreaktor reakcióképességét a láncreakciót szabályozó elemek - hengeres vagy más formájú szabályozórudak - magjában történő mozgatásával változtatják, amelyek anyaga olyan anyagokat tartalmaz, amelyek erősen elnyelik a neutronokat ( bór , kadmium stb.). Az egyik ilyen rúd, ha teljesen elmerül a zónában, negatív reakciókészséget vezet be, vagy ahogy mondani szokás, néhány ezredrészhez köti a reaktor reaktivitását. A kapcsolódó reaktivitás értéke a rúd felületének anyagától és méretétől, valamint a magba merülés helyétől függ, mivel a rúd anyagában az elnyelt neutronok száma függ a neutronfluxustól , amely a perifériában minimális. a mag részei. A rúd aktív zónából való eltávolítása a reaktivitás felszabadulásával jár, és mivel a rúd mindig a tengelye mentén mozog, a reaktivitásnövekedést a rúd végének helyzetének változása jellemzi az aktív zónában. Amikor a rúd teljesen víz alá kerül, akkor a lehetséges maximális reaktivitás társul, azonban a rúd teljes hosszának adott töredékével, például egy századdal történő mozgatása okozza a legkisebb változást a reaktor reakcióképességében, mert a rúd a legkisebb neutronfluxussal rendelkező tartományba mozog.

Ha a rúd félig bemerül, a lehetséges reaktivitás felét leköti, de most a rúd hosszának azonos töredékével felfelé mozgatása a reaktivitás maximális felszabadulásával jár. Ez utóbbi esetben a felszabaduló reakcióképesség kétszerese meghaladja a rúdhossz azonos hányadához tartozó átlagos reaktivitást. Ha a határozottság kedvéért feltételezzük, hogy a rúd által kötött teljes reaktivitás 5⋅10 -3 , akkor a reaktivitás felszabadulása a rúd hosszának egy századának elmozdulásakor nem haladja meg a 10 -4 értéket . A reaktormag magassága általában több mint egy méter, a vezérlőrúd végének helyzete pedig sokkal nagyobb pontossággal van rögzítve, mint egy centiméter. Ennek eredményeként kiderül, hogy a nullától a maximumig terjedő reaktivitási tartományban a reaktor reaktivitása 10-5 pontossággal szabályozható , és az ilyen kis reaktivitásnak megfelelő steady -state periódusokat órákban mérjük. Késleltetett neutronok hiányában a reaktivitás 10-5 pontosságú szabályozása egyértelműen nem lenne elegendő.

Lásd még

Irodalom