Николай Карпан - Чернобыль. Месть мирного атома

Величина полного мощностного эффекта на реакторе 4-го энергоблока ЧАЭС: ДКполн. мощн. = +0,6 х 10' 4х Ю0 = 0,6 % = 12 ст. РР [30]. Характерное время проявления эффекта - 5 часов

Опорожнение контура СУЗ

Максимальная проектная величина эффекта ДКсуз тах = +50 ст. РР = 2,5% [31].

Для наших расчетов возьмем максимальное (экспериментально полученное) значение высвобождаемой реактивности при обезвоживании КОСУЗ - +62 стержня РР.

Время проявления эффекта - несколько секунд. Имеет характер нейтронной вспышки или взрыва. Проектные данные по энерговыделению в нейтронной вспышке отсутствуют.

Переход на продувку графитовой кладки реактора с гелия на азот

При замене продувки реакторного пространства с гелия на азот в реакторе выделяется дополнительная реактивность (азот поглощает меньше нейтронов, чем гелий и менее текуч).

Величина эффекта ДК\ 2= +11ст. РР = 0,55 % [32].

Величина реально наблюдаемого эффекта на ЧАЭС = +10 ст. РР.

Время проявления эффекта - от 8 до 10 часов от начала продувки.

Эффект не имеет существенного значения, т. к. переход на продувку азотом может быть разрешен или запрещен административно.

Перегрузка топлива

Величина эффекта при перегрузке 1/14 части всех ТК составляет [33, 34]:

ДКперегрузки = +2,55 % = 51 ст. РР.

При вводе в эксплуатацию машины РЗМ и переходе на режим непрерывной перегрузки эффект от единовременной массовой перегрузки каналов в 1/14 части активной зоны можно не учитывать.

Максимальный оперативный запас реактивности

Как утверждают Научный руководитель и Главный конструктор в своих отчетах [35, 36], максимальный оперативный запас реактивности для

реактора РБМК-1000 1-й очереди в установившемся режиме работы составляет

ДКопер.І = 70-80 ст. РР, а для реакторов РБМК-1000 ІІ-й очереди

ДКопер.ІІ = 110-120 ст. РР.

В стационарном режиме работы реактора важна величина минимального оперативного запаса, поэтому «Типовой технологический регламент реакторов РМБК» требует наличия не менее 50 ст. РР = ДК опер.регл.

Реальные оперативные запасы реактивности (ОЗР) на реакторах Чернобыльской АЭС составляли:

I блок = 26-31 ст. РР,

II блок = 26-31 ст. РР,

III блок = 30-42 ст. РР,

IV блок = 30-42 ст. РР.

На других АЭС с РБМК значения величины оперативного запаса реактивности тоже были близки к 30 стержням.

Максимальный запас реактивности

Исходя из вышеизложенного, по проекту максимальным запасом реактивности (ДКтах) будет обладать разогретый реактор на мощности, в разотравленном состоянии, с запаренной активной зоной, опорожненным контуром СУЗ, с азотной продувкой графитовой кладки, после частичной перегрузки топлива, с максимальным оперативным запасом реактивности.

ДКтах = ДКхе,эт + ДКразогрева +ДКполн. мощн. + ДКпар + ДКсузтах +

+ДКперегру зки+ДК\ ;+ДКопер.1 = 72+42+45+12+50+11+51+70 = 353 ст. РР.

Расчет эффективности системы управления и защиты реактора

1. Суммарная эффективность стержней СУЗ без стержней АЗ в п. 33.6 ПБЯ-04-74 определяется как величина, которая должна превышать значение максимального запаса реактивности не менее чем на 0,01:

ДКсуз без АЗ > ДКтах + 0,01 Подкритичность 0,01 эквивалентна 20 ст. РР, поскольку «вес» одного стержня РР в абсолютных единицах реактивности (ДК/К) равен 50х 10" 5. Тогда нужное, по условиям ядерной безопасности, число стержней СУЗ (без стержней АЗ) должно быть равно

ДКсуз без АЗ > 353 +20 = 373 ст. РР.

2. Из требований п. 3.3.28 ПБЯ-04-74 (предотвращение образования локальных критмасс) определяем число стержней АЗ - из расчета иметь не менее одного стержня на каждую локальную критмассу. Тогда для общего числа топливных каналов 1693 (для РБМК - I очереди), при величине локальной критмассы = 21 ТК для топлива 2% обогащения, необходимое количество стержней АЗ для реактора 1-й очереди составит:

Пет.АЗ > 1693:21 = 85 ст. АЗ.

3. Согласно требованиям ПБЯ, суммарное количество всех стержней СУЗ (п.п. 3.3.6; 5.14; 7.3, п. 3.3.28 ПБЯ-04-74) должно быть равно

Пст.суз > 373 + 85 = 458 ст. РР.

4. Кроме того, ПБЯ-04-74 (п. 3.3.4) и ОПБ-82 (п. 2.3.2) требуют наличия двух независимых систем, способных отдельно одна от другой заглушить реактор из любого состояния, т. е. общее число стержней СУЗ должно быть равно удвоенному числу стержней по п. 4.3:

Пст.СУЗ общее = 2x458 = 916 ст. РР.

Реальное количество стержней СУЗ на реакторах РБМК 1-й очереди ЧАЭС равно 179, а на реакторах П-й очереди -211.

Устойчивость энерговыделения по радиусу реактора

Ядерный реактор является динамической системой с обратными связями. В зависимости от характера обратных связей стационарное состояние ядерного реактора может быть устойчивым или неустойчивым по отношению к возмущениям. Обратными связями в реакторе являются эффекты реактивности, описанные выше.

Реактор неустойчив, если после возмущения он может перейти в другое состояние, которое будет существенно отличаться от начального (например, заглохнет).

Если какой-то коэффициент реактивности (положительный или отрицательный) является большим по величине и имеет запаздывание, то реактор может быть неустойчив. Наиболее вероятна такая неустойчивость, при которой мощность постепенно отклоняется от своего стационарного уровня, в то время как распределение плотности энерговыделения в реакторе сохраняет свою форму - это так называемая неустойчивость основной гармоники.

В достаточно большом реакторе (в котором его части слабо связаны между собой) возможна неустойчивость высоких гармоник, при которых форма распределения плотности энерговыделения по радиусу реактора отклоняется от формы, которая была у него в стационарном состоянии.

Неравномерность распределения мощности по объему реактора определяется, в основном, наличием большого количества локальных критмасс. Как показали многочисленные критические эксперименты, проведенные во время формирования начальной загрузки нового реактора

РБМК, реактор может выйти на мощность при загрузке в него всего двадцати одной свежей тепловыделяющей сборки. Это значит, что 21 ТВ С образует критмассу в условиях холодного разотравленного реактора. А при полной загрузке (1693 ТВ С) в таком реакторе образуется уже минимум

1693:21=80 критмасс.

Число минимальных критмасс не является стабильной величиной. Их число уменьшается с выгоранием топлива, но при проявлениях «плюсовых» эффектов реактивности возрастает, как это будет показано ниже.