Регулирование нейтронной мощности

Регулирующие органы. В качестве основных регулирующих органов реактора обычно применяют подвижные стержни, изготовленные из материалов, поглощающих нейтроны. По назначению стержни разделяют на компенсирующие (КС), называемые также стержнями ручного регулирования (РР), автоматического регулирования (АР) и аварийной защиты (A3). Компенсирующие стержни предназначены для компенсации сравнительно медленных, но больших по величине изменений реактивности, вызванных, в частности, эффектами выгорания топлива, отравления и шлакования реактора. Стержни АР, обладающие, как правило, большей скоростью перемещения, чем КС, являются главным средством оперативного управления реактором в процессе его пуска и нормальной работы. Именно эти стержни вносят возмущения реактивности, в результате которых реактор выводится из критического режима и переходит от одного уровня мощности к другому. Для того чтобы выполнить сформулированное выше требование к СУЗ реактора, стержни АР обычно изготовляют так, чтобы они ни при каких условиях не могли создать положительную реактивность, превышающую суммарную долю запаздывающих нейтронов Р, т. е. их суммарный запас реактивности должен быть меньше р. Стержни A3 предназначены для остановки реактора в аварийных ситуациях. Для выполнения этой задачи заключенный в них запас реактивности должен превышать даже с учетом возможного зависания части стержней.
Поглощающие стержни обычно располагают равномерно по сечению активной зоны. В канальных реакторах их размещают в специальных каналах СУЗ. В водо-водяных реакторах с густой топливной решеткой обычно применяют либо подвижные поглощающие кассеты той же конфигурации, что и топливные сборки, либо так называемое кластерное регулирование, при котором в отдельных топливных кассетах вместо части установлены поглощающие стержни. К стержням обычно прикрепляют вытеснители, вытесняющие воду из той части активной зоны, в которой не находится стержень-поглотитель. Назначение вытеснителей — не допустить резкого локального повышения плотности потока нейтронов в этих зонах. В некоторых типах реакторов (например, ВВЭР-440) нижняя часть поглощающих кассет соединена с подвижными топливными сборками. При поглощении нейтронов стержнями происходит выделение теплоты. Для ее отвода организуют специальное охлаждение стержней и механизмов их привода.
Для привода стержней СУЗ чаще всего применяют электродвигатели. На рис. 7.3 приведена кинематическая схема привода стержней СУЗ реактора РБМК-1000 [31]. В электродвигатель постоянного тока 4, приводящий стержни, встроена электромагнитная муфта, тормозящая его вал при подаче напряжения на ее обмотку. Электродвигатель через редуктор 5 приводит во вращение барабан 6. На тросе, намотанном на барабан, подвешен стержень-поглотитель 7. Через кинематическую передачу 1 во вращение приводится сельсин 5, являющийся датчиком указателя положения стержня, и кулачки 3, воздействующие на концевые выключатели 2 стержня при подходе его к крайним верхнему и нижнему положениям. При отсутствии команд на подъем и опускание стержня электрические цепи якоря и обмотки возбуждения двигателя обесточены, а в цепь обмотки электромагнитной муфты подано напряжение, и муфта (электромагнитный тормоз) фиксирует положение барабана с тросом и стержнем в заторможенном состоянии. При подаче управляющего сигнала подается напряжение в обмотки возбуждения и якоря электродвигателя и обесточивается цепь электромагнитного тормоза. При этом двигатель перемещает стержень в нужную сторону. При снятии команды на перемещение стержень снова затормаживается. То же происходит при срабатывании концевых выключателей.
Стержни A3 при нормальных режимах реактора находятся в заторможенном состоянии в крайнем верхнем положении, когда они полностью выведены из активной зоны. При срабатывании аварийной защиты электромагнитный тормоз обесточивается и стержни под действием собственного веса опускаются в активную зону.