5. CÁC HIỆU ỨNG ĐỘ PHẢN ỨNG 1 Khái niệm độ phản ứng
5.3.Hệ số nhiệt độ độ phản ứng
Hệ số nhiệt độ độ phản ứng được định nghĩa như lượng gia tăng (số gia) của độ
phản ứng, tương ứng với sự thay đổi 10C nhiệt độ môi trường
эф эф 1 . t k t k t ρ α =∂ ≈ ∂ ∂ ∂ (5.3.1)
Có một số hệ số nhiệt độ độ phản ứng: theo nhiên liệu, theo chất tải nhiệt, theo chất làm chậm.
Hệ số nhiệt độ độ phản ứng theo nhiên liệu T t
α là lượng gia tăng độ phản ứng khi thay đổi nhiệt độ nhiên liệu 10C. Nó chủ yếu được định bởi hiệu ứng mở rộng tiết diện bắt cộng hưởng (hiệu ứng Dopler). Đó là hiệu ứng độ phản ứng “nhanh” nhất, bởi vì sự thay đổi công suất lò phản ứng hầu như ngay lập tức dẫn đến thay
đổi nhiệt độ nhiên liệu. Hệ số nhiệt độđộ phản ứng theo nhiên liệu đối với lò phản
ứng nơtron nhiệt luôn luôn âm.
Hệ số nhiệt độ độ phản ứng theo chất làm chậm зам
t
α là lượng gia tăng độ phản
ứng khi thay đổi nhiệt độ chất làm chậm 10C. Trong các lò phản ứng có chất làm chậm là nước зам
t
α được xác định chủ yếu bằng bốn yếu tố: sự thay đổi tỷ trọng của nước theo nhiệt độ, hàm lượng phụ gia hấp thụ trong nước (bor), phổ nơtron và
thành phần nuclit của nhiên liệu. Hệ số nhiệt độ độ phản ứng theo chất làm chậm có thể âm, có thể dương, tùy thuộc vào các yếu tố kể trên. Ví dụ, đối với WWER,
ở giai đoạn đầu thời hạn sử dụng, khi nồng độ bor trong nước còn cao, sự thay đổi tỷ trọng khi tăng nhiệt độ dẫn đến tăng hệ số làm chậm ξΣ Σs/ a do suy giảm khả
năng hấp thụ của nước và đương nhiên, gia tăng độ phản ứng.
Hiệu ứng độ phản ứng theo nhiệt độ chất làm chậm trong các lò phản ứng grafit là dương và thể hiện chậm, đó là do hằng số thời gian theo nhiệt độ của lớp lát grafit vốn lớn.
Khi tăng công suất lò phản ứng, một phần chất tải nhiệt dạng nước chuyển thành hơi, khi đó, khối lượng riêng trung bình của nước trong vùng hoạt giảm xuống. Hậu quả là, nhưđã nói trong mục 3.7, xác suất tránh bắt cộng hưởng giảm, hệ số
sử dụng nhiệt và rò rỉ tăng. Vì vậy, sự thay đổi khối lượng riêng của nước trong vùng hoạt, có liên quan đến quá trình bốc hơi, dẫn đến thay đổi độ phản ứng của lò phản ứng. Hệ số, đặc trưng cho sự thay đổi độ phản ứng ở mức một đơn vị biến
đổi hàm lượng hơi (φ), được gọi là hệ số hơi của độ phản ứng αφ:
эф эф
(1/k )( k / )
ϕ
α = ∂ ∂ϕ , hiệu ứng tương ứng – hiệu ứng hơi của độ phản ứng.
(Trong thực tế vận hành lò phản ứng dùng chung kí hiệu αφ cho hiệu ứng hơi của
độ phản ứng). Hiệu ứng hơi của độ phản ứng có có ý nghĩa to lớn đối với an toàn khi vận hành các lò phản ứng nước sôi, ví dụ, РБМК. Giá trị αφ có thể dương, có thể âm, bởi vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố và nó tăng khi tăng độ cháy nhiên liệu. Ở những mẻ nhiên liệu mới của lò РБМК, trong quá trình cháy nhiên liệu và khi rút các thanh hấp thụ bổ sung, hiệu ứng αφđạt đến 3β và hơn nữa, điều đó làm cho lò phản ứng không ổn định và khó điều khiển. Vận hành lò phản ứng hạt nhân nước sôi được coi là an toàn nếu αφ nằm trong khoảng 0,3 – 0,8β.
Có thể làm giảm phạm vi ảnh hưởng của hiệu ứng hơi đến độ phản ứng bằng các phương pháp sau đây:
- Tăng phần hấp thụ nơtron trong nhiên liệu nhờ tăng khối lượng riêng và
độ làm giàu nhiên liệu;
- Đưa vào các chất hấp thụ bổ sung; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tăng phần nơtron được làm chậm trong nước, ví dụ, bằng cách giảm tỷ lệ
urani-grafit (VU/VC).
Trong thực tế vận hành các lò phản ứng năng lượng, áp dụng rộng rãi khái niệm
mức một đơn vị biến đổi công suất. Tầm quan trọng của hệ số công suất là ở chỗ
khi cộng ảnh hưởng của tất cả các hiệu ứng nhiệt độ của độ phản ứng, nó phản ánh mức độ an toàn một cách rõ ràng nhất khi đưa lò phản ứng vào hoạt động phát công suất. αw ≤ 0 là điều kiện cần để vận hành an toàn lò phản ứng. Tuy nhiên, như đã lưu ý, quá trình tăng nhiệt của các bộ phận khác nhau trong vùng hoạt (nhiên liệu, chất tải nhiệt, chất làm chậm) diễn ra với tốc độ khác nhau. Vì vậy, hệ số
công suất độ phản ứng, vốn là chỉ số toàn phần, không thể đặc trưng cho độ an toàn lò phản ứng trong động học của quá trình chuyển tiếp.