15. CÁC PHƯƠNG TIỆN ĐIỀU KHIỂN
16.4. dài dịch chuyển của các nơtron trong mạng РБМК-
Độ dài dịch chuyển trong РБМК-1000 là một trong những thông số quan trọng có ảnh hưởng đến các hiệu ứng và các hệ số độ phản ứng.
Trong giai đoạn thiết kế РБМК-1000, bình phương độ dài dịch chuyển được xác định theo công thức lý thuyết cơ bản lò phản ứng (xem công thức (4.7.4)) M2 = +τ L2,
ở đây, τ – bình phương độ dài làm chậm, hoặc tuổi của các nơtron, L2 – bình phương độ dài khuếch tán, đặc trưng cho dịch chuyển của các nơtron trong vùng nhiệt từ khi sinh ra đến khi bị hấp thụ. Khi đó giả định rằng, bình phương độ dài làm chậm gần bằng độ dài làm chậm đối với grafit (~ 350 cm2), quá trình khuếch tán trong vùng nhiệt có tính đến quá trình hấp thụ trong nhiên liệu. Khi định nghĩa như vậy thì các diện tích dịch chuyển nơtron trong ô mạng РБМК-1000 có nước và không có nước là gần bằng nhau và bằng ~ 500 cm2.
Công thức chính xác hơn của diện tích dịch chuyển, vốn được xác định theo công thức (4.7.5)
M2 =τϕ+ −(1 w Lf) ,2
ở đây, φ – xác suất tránh bắt cộng hưởng khi làm chậm, wf – số hạng, tính đến quá trình tái sinh nơtron khi làm chậm, làm thay đổi đáng kể sự biểu hiện về đặc trưng ảnh hưởng của độ dài dịch chuyển đến những thông số an toàn quan trọng đối với РБМК-1000. Thật vậy, định nghĩa chính xác hơn về diện tích dịch chuyển làm giảm đáng kể diện tích dịch chuyển so với biểu thức (4.7.4). Hơn nữa, tỷ lệ giữa độ dài dịch chuyển trong mạng có nước và khi cạn nước giảm xuống đột ngột. Ví dụ, đối với trạng thái lạnh, với nhiên liệu chưa sử dụng, làm giàu 2%, các giá trị đó, tương ứng là khoảng ~ 350 và ~ 460 cm2.
Ta xét hiện tượng rò rỉ nơtron trong РБМК-1000. Đối với lò phản ứng cao ~ 7 m và bán kính vùng hoạt ~ 7 m có diện tích dịch chuyển ~ 350 cm2 và phần bổ sung hiệu dụng của bộ phận phản xạ δ ~ 30 cm, rò rỉ 2 2 2 2 2, 405 2 0,013. B M M R H π δ δ ⎡⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎤ =⎢⎜ ⎟ +⎜ ⎟ ⎥ ≈ + + ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ (16.4.1)
ở đây, B2 – Laplas hình học toàn phần của lò phản ứng. Như vậy, rò rỉ nơtron từ lò phản ứng vào khoảng ~ 1,5%.
Để đánh giá vai trò của độ dài dịch chuyển ta xét một ví dụ trực quan. Như đã biết, trong giai đoạn thiết kế, việc đánh giá hiệu ứng cạn nước dựa vào các kết quả thực nghiệm trên các bó tới hạn, đồng nhất, có các kênh, dùng cho РБМК-1000. Ta đánh giá hiệu ứng cạn nước trong bó theo cách như vậy. Để bảo đảm tính xác định, ta xét một bó nhiên liệu thử nghiệm không có bộ phận phản xạ, bao gồm 16 kênh (4 x 4). Khi đánh giá hiệu ứng cạn nước của các bó đồng nhất, gồm các BNL РБМК-1000 với nhiên liệu chưa sử dụng, có thể dùng biểu thức (4.1), sau một số biến đổi không phức tạp biểu thức này có dạng
2 2 1 . k k M k k M δ δ ρ ∞ ∞ ∞ ∞ − = − (16.4.2) Từ biểu thức này suy ra , hiệu ứng cạn nước toàn phần được góp vào từ hai thành phần: những thay đổi, vốn liên quan với các tính chất tái sinh của mạng vô cùng và với rò rỉ từ hệ thống, được xác định bởi sự thay đổi diện tích vận chuyển khi cạn nước và bởi mức độ vượt quá 1 của k∞.
Các thông số của mạng đồng nhất РБМК-1000 đối với nhiên liệu chưa bức xạ được làm giàu 2%, ở nhiệt độ 200C như sau:
k∞= 1,29, M2 = 350 cm2, khi có nước trong các kênh và k∞= 1,34, M2 = 460 cm2, khi không có nước trong các kênh.
Khi sử dụng các số liệu đó, ta nhận được độ phản ứng do cạn nước các kênh nhiên liệu: 2 2 1 0,038 0,07 0,032 3, 2%. k k M k k M δ δ ρ ∞ ∞ ∞ ∞ − = − = − = − = −
Từ đó suy ra, hiệu ứng cạn nước của mạng đồng nhất có nhiên liệu chưa bức xạ là rất âm. Lưu ý rằng, kết quả nhận được tương ứng với sự thay đổi – 3,1 ± 0,4% trong mô hình РБМК thử nghiệm tới hạn hiệu ứng cạn nước hoàn toàn của BNL thương mại đồng nhất РБМК-1000 làm giàu 2%, thực hiện ở РНЦ “Viện Kurchatov”. Đó là nguyên do kết luận trong giai đoạn thiết kế về hiệu ứng cạn nước âm của КМПЦ РБМК-1000. Kết quả này cũng đã được đưa vào chương trình BPM, vốn được sử dụng trong các tính toán thiết kế và ở giai đoạn đầu vận
hành các tổ máy РБМК-1000 để đánh giá an toàn. Như đã biết, trong các tính toán thiết kế đã sử dụng sự phụ thuộc của hiệu ứng độ phản ứng vào khối lượng riêng hỗn hợp nước-hơi nước, được trình bày trên hình 16.5 (đường cong 1). Các tính toán chi tiết, được tiến hành nhờ các chương trình chính xác ngay sau sự cố NMĐHN Checnôbưn, cho thấy, sự phụ thuộc đó mang đặc tính hoàn toàn khác (đường cong 2). Ngày nay, do đưa nhiên liệu urani-erbi vào vận hành, đặc tính của sự phụ thuộc độ phản ứng vào khối lượng riêng hỗn hợp nước-hơi nước thay đổi đáng kể, ví dụ, theo các tính toán, hiệu ứng cạn nước КМПЦ trong trạng thái làm việc dịch về hướng các giá trị âm (xem mục 18.5.1).
Nguyên nhân các lý giải khác nhau về hiệu ứng cạn nước vòng tuần hoàn КМПЦ là ở việc không đánh giá hết vai trò của rò rỉ. Thật vậy, khi phân tích công thức (16.4.2) có thể rút ra kết luận về phần đóng góp của các thành phần riêng biệt trong hiệu ứng tổng. Hệ số tái sinh vốn được xác định bởi các tính chất tái sinh và hấp thụ của nhiên liệu, tăng lên khoảng 4,9% khi cạn nước. Tuy nhiên, ảnh hưởng của rò rỉ nơtron đối với nhiên liệu chưa bức xạ thừa khả năng điều hòa mức tăng , kết quả là hiệu ứng tổng là rất âm (– 4%). Cần lưu ý rằng, hiệu ứng điều hòa khá lớn của rò rỉ có liên quan đến, một mặt, việc làm chính xác thêm diện tích vận chuyển nơtron cho ô mạng có nước như đã nói, mặt khác, giá trị lớn của ~ 1,3 đối với nhiên liệu chưa bức xạ.
k∞
k∞
Hình 16.5. Sự phụ thuộc độ phản ứng vào khối lượng riêng của nước (hỗn hợp nước-hơi nước) trong lò phản ứng РБМК-1000:
1 – tính toán trong thiết kế; 2 – tính toán được làm chính xác sau sự cố NMĐHN Checnôbưn
Ta đánh giá hiệu ứng cạn nước РБМК-1000 của mẻ nhiên liệu khởi động. Trong trường hợp đó, trong công thức (16.4.2) hiệu ứng điều hòa rò rỉ dường như nhỏ hơn nhiều. Cần nhấn mạnh rằng, rò rỉ trong biểu thức (16.4.2) nói chung có liên quan đến các nơtron không bị hấp thụ trong nhiên liệu. Các nơtron đó bị hấp thụ trong các thanh СУЗ, trong các chất hấp thụ bổ sung, trong cột nước,… và chỉ một phần nhỏ chúng (1,5 – 2%) là “rò rỉ” ra khỏi lò phản ứng. Do hấp thụ nơtron trong các thanh СУЗ và ДП nên trong trường hợp này, hiệu (k∞– 1) vào khoảng ~ 6%, vì vậy phần đóng góp của số hạng thứ hai trong phương trình (16.4.2) trở nên tương đương với phần đóng góp từ sự thay đổi các tính chất tái sinh của lò phản ứng: 2 утеч 2 1 0, 2%, k k k M k k M δ δ ρ ∞ ∞ ρ ∞ ρ ∞ ∞ − = − = − = −
nghĩa là, hiệu ứng cạn nước đối với mẻ nhiên liệu khởi động là hơi âm. Kết quả này khá phù hợp với các số liệu khởi động vật lý khi cạn nước КМПЦ, ví dụ ở tổ máy số 2 NMĐHN Leningrat.
Đối với lò phản ứng thực, khi chuyển sang chế độ tĩnh của quá trình thay đảo nhiên liệu, số hạng thứ nhất trong biểu thức (16.4.2) tăng lên khi tăng độ cháy nhiên liệu (xem hình 16.4), số hạng thứ hai giảm đi do k∞giảm và do việc đưa ДП ra ngoài. Kết quả là tỷ lệ giữa hai thành phần sẽ thay đổi theo hướng ngược lại và hiệu ứng cạn nước tổng trong lò phản ứng sử dụng nhiên liệu làm giàu ban đầu 2% sẽ trở nên dương đáng kể: 2 2 2 1 (3,5 1,6)10 1,9%. k k M k k M δ δ ρ ∞ ∞ − ∞ ∞ − = − = − =
Như vậy, khi sử dụng các hệ thức đơn giản và dựa vào việc xác định đúng độ dài vận chuyển nơtron có thể nhận được các giá trị hiệu ứng độ phản ứng, kể cả hiệu ứng hơi, vốn khó xác định.
Các câu hỏi cho mục
“Độ dài vận chuyển nơtron trong mạng РБМК-1000”
1. Sự khác nhau trong việc xác định diện tích vận chuyển trong lý thuyết cơ bản của các lò phản ứng và trong lý thuyết hiện đại của lò phản ứng không đồng nhất? 2. Tại sao đểđánh giá hiệu ứng độ phản ứng đối với quy mô đầy đủ lò phản ứng, ví
dụ, khi cạn nước các kênh có BNL, lại không sử dụng trực tiếp các kết quảđo đạc trên các BNL không trên quy mô đầy đủ?