Демонтаж ТК и каналов СУЗ на первом блоке ЧАЭС

ТК - технологический канал.
СУЗ - Система Управления и Защиты
ЧАЭС - ЧАЭС ))
РБМК - Реактор Большой Мощности Канальный(Кипящий)
РР - ручное регулирование
АР - автоматическое регулирование
ЛАР - Локальное АР
БАЗ - Быстродействующая автоматическая защита

В настоящее время на реакторах используются стержни СУЗ четырех типов.

Стержни РР (АР, ЛАЗ, ЛАР) Их конструкция сложилось в результате усовершенствования конструкции стержней СУЗ реакторов первых очередей при внерении мероприятий по повышению безопасности. Отличительной особенностью от предыдущих конструкций является то, что длина стержней СУЗ увеличена до 6,55 м (на первых очередях они имеют длину 5,5 м, на вторых − 6,2 м) и при положении стержней на ВК поглощающая часть находится на верхнем срезе активной зоны, а низ вытеснителя − на нижнем срезе активной зоны. Это обеспечивает ввод отрицательной реактивности во всем диапазоне перемещения и исключает ввод положительной реактивности во всех ситуациях, что не исключалось при прежней конструкции. Конструкция и расположение стержня РР канале СУЗ. Недостаток стержней данной конструкции − наличие большого столба воды (~ 2,5 м) между вытеснителем и поглотителем в районе телескопического соединения. Это является причиной большого положительного эффекта обезвоживания КО СУЗ в критическом состоянии. С целью уменьшения данного недостатка при дальнейшем усовершенствовании этих стержней СУЗ разработана конструкция с утолщенным телескопом и юбочной конструкцией нижних поглотителей. Стержни данной конструкции внедрены на САЭС.

Конструкция и расположение стержня РР канале СУЗ:

1 – сервопривод; 2 – напорный трубопровод; 3 – головка канала; 4 – защитная пробка; 5 – поглощающий стержень; 6 – телескопическая штанга вытеснителя; 7 – вытеснитель; 8 – сливной трубопровод

Кстати, на 4-м блоке ЧАЭС использаовались стержни с графитовыми наконечниками. Их длина была примерно 5 метров, а самого стержня от конца до хвостовика в полную длину - 12 метров, но так как активная зона имела в высоту 7 метров, а под концевики не сделали достаточной глубины, то практически замедлитель нейтронов находился в середине активной зоны при полном погружении стержня, но верхняя и нижняя часть оставались не прикрытыми, скажем так стержнем. Внизу зоны оставался толлько графитовый наконечник. Если вывести стержень, а потом вводить его в активную зону, то наблюдается локальный всплеск мощности в этом канале. Однако, при массовом вводе стержней такого не наблюдается. Такое может произойти только при глубоком отравлении реактора ксеноном и в момент, когда ксенон выгорает полностью. Дело в том, что графит имеет меньшую замедляющю способность, чем вода. А при вводе в канал стержня-замедлителя в активную зону сначала попадает наконечник, который вытесняет воду из канала. Временно повышается активность. А если нейтронное поле перекошено, то может возникнуть локальный перегрев зоны. В критическом состоянии реактора такой всплеск может привести к неконтроллируемой ситуации. На сегодняшний день все наконечники заменены на другие материалы и графит уже не используется. Почему графит? Дешево было, экономично, и никто не подозревал, что мелочь может стать крупной катастрофой.

Вот тут мы видим крепление наконечников стержней. Можно заметить приводы стержней СУЗ. На биологической защите реактора они отмечены особыми пометками и/или цветом. Так же обозначаются и другие технологические каналы. Для измерения, контроля и т.п.

***

Приводы СУЗ хорошо заметны

После установки 25 стержней эффект обезвоживания КО СУЗ в критическом состоянии, измеренный на холодном реакторе, уменьшился на 0,1 β. После установки 50 стержней на 1, 2 блоках величина эффекта обезвоживания КО СУЗ уменьшается на β. Стержни данной конструкции набираются в режимы РР, ЛАЗ. Скорость ввода стержней в активную зону по сигналу от ключа управления 17−18 с, по сигналу аварийной защиты – 12 с. Стержни быстрой аварийной защиты (БАЗ) Они отличаются от предыдущих тем, что у них отсутствует вытеснитель и диаметр поглощающих элементов больше, чем у стержней РР. Кроме того, каналы для стержней БАЗ имеют пленочное охлаждение. Скорость ввода стержней БАЗ от ключа управления 6−7 с, по сигналу БАЗ – 2,5 с. Эффективность стержней БАЗ составляет ∼ 2 β. Имея такие характеристики, стержни БАЗ обеспечивают совместно с другими стержнями достаточную скорость ввода отрицательной реактивности (1 β/с) по сигналу БАЗ и гарантировано глушат реактор.
Укороченные стержни поглотители УСП Стержни УСП состоят из тех же конструкционных элементов, что и стержни РР: поглотителя из четырех звеньев длиной 4088 мм и вытеснителя из шести звеньев длиной 6700 мм. Ход стержней УСП − 3500 мм. Стержни УСП, в отличие от всех других типов стержней, вводятся в активную зону снизу. Вместо телескопического несущего элемента между поглотителем и вытеснителем установлен неподвижный несущий элемент. На всем пути перемещения стержня УСП сохраняется постоянный зазор между поглотителем и вытеснителем, величина зазора составляет 150 мм. Наличие УСП а активной зоне реактора обусловлено такими конструктивными особенностями реактора РБМК-1000, как:

• наличие пара в верхней части активной зоны, приводящее к тому, что верхние части ДП полностью погруженных стержней СУЗ эффективнее нижних;

• запас реактивности на частично погруженных стержнях РР, АР реализуется в верхней части активной зоны;

• столбы воды между поглотителями и вытеснителями стержней СУЗ, находящихся на ВК, поглощают нейтроны лучше, чем вытеснители.

Все эти особенности приводят к тому, что поле энерговыделения смещается в нижнюю часть активной зоны. Для поддержания его формы, близкой к симметричной, предусмотрены УСП. У них длина поглощающей части 4 м, и они вводятся снизу. Схема расположения стержней исполнительных механизмов СУЗ по высоте активной зоны реакторов РБМК

С физической точки зрения стержни СУЗ характеризуются эффективностью (физическим весом), интегральной и дифференциальной характеристиками . Эффективность стержня СУЗ или физический вес – это реактивность, которую стержень может скомпенсировать при введении в активную зону и, соответственно, высвободить при извлечении из активной зоны. Эффективность воздействия стержня на реактивность определяется долей нейтронов, поглощенных им в активной зоне, а также дополнительной утечкой нейтронов из реактора, вызванной деформацией нейтронного поля в зависимости от формы, размеров стержня и места его расположения в активной зоне, эффект утечки может составлять 50 % эффекта поглощения.

Эффективность стержня СУЗ определяется относительным распределением нейтронного потока по радиусу реактора и пропорциональна величине 2 ( / ) , ΦΦ где Φ − плотность потока нейтронов в канале со стержнем СУЗ, Ф − среднее значение относительного распределения плотности потока нейтронов по радиусу реактора. Эффективность стержня СУЗ без воды выше, чем эффективность стержня с водой, что объясняется поглощением части нейтронов в воде, омывающей стержень.

При сливе воды из КО СУЗ стержни лишаются «водного экрана», поток тепловых нейтронов, падающих на них, увеличивается, что приводит к увеличению эффективности стержня. Увеличение эффективности стержней СУЗ при сливе воды из КМПЦ происходит за счет увеличения длины миграции нейтронов в реакторе (уменьшается поглощение в воде). В целом величина абсолютной эффективности стержня СУЗ за- висит от размеров реактора (радиус), физических свойств активной зоны (длина миграции), размеров стержня СУЗ (радиус, длина), его поглощающих свойств и места расположения в активной зоне (относительное распределение нейтронного потока в канале со стержнем СУЗ).

Снижение положительного эффекта реактивности при обезвоживании КО СУЗ Кардинальное решение проблемы в части существенного снижения положительного эффекта реактивности при обезвоживании КОСУЗ до безопасной (менее 1 βэф) величины − внедрение кластерных регулирующих органов (КРО).


При использовании КРО взамен штатных стержней:

• не требуется разделение КО СУЗ на два независимых контура, так как при этом снижение положительного эффекта реактивности обезвоживания КО СУЗ достигается путем существенного уменьшения количества воды в каналах СУЗ за счет конструктивного исполнения КРО;

• не требуется дополнительного останова и переформирования загрузки энергоблока, так как установка КРО осуществляется поэтапно в процессе плановой замены стержней СУЗ, выработавших назначенный срок службы. Внедрение КРО позволит улучшить показатели ИМ СУЗ по эффективности, надежности и ресурсу, а также технико-экономические показатели реактора за счет:

• увеличения быстродействия в аварийных режимах (более чем в два раза);

• перекрытия поглотителем всей высоты активной зоны;

• исключения гидродинамических нагрузок на подвижные элементы ИМ и ударных нагрузок, характерных для стержней с подвижным механическим вытеснителем.

Кроме того, значительное снижение количества воды (как «паразитного» поглотителя) в каналах СУЗ c КРО приведет к улучшению баланса нейтронов, повышению выгорания топлива в активной зоне и, следовательно, более рациональному использованию и экономии топлива. Принципиальным отличием КРО от штатных стержней СУЗ, включая стержни БАЗ, является то, что его рабочий орган перемещается не в канале СУЗ, а в собственном дополнительном канале- гильзе, которая неподвижно устанавливается в канал. При этом внутренняя полость гильзы герметична по отношению к внешней охлаждающей воде, которая циркулирует в кольцевом зазоре, ограниченном внутренней поверхностью канала диаметром 82 мм и наружной поверхностью гильзы диаметром 79 мм. В данном случае гильза выполняет функции как неподвижного механического вытеснителя «лишней» воды из канала СУЗ, так и направляющей для рабочего органа. При использовании КРО количество воды в канале на участке активной зоны снижается до 3 л на один канал, а положительный эффект реактивности при обезвоживании КО СУЗ в критических состояниях снижается до величины менее 1 βэф.

Схема расположения КРО:

1 – канал СУЗ; 2 – гильза; 3 – защитная пробка; 4 – ПЭЛ; 5 – подвеска; 6 – сервопривод; 7 – аварийный демпфер; 8 – опорная труба; 9 – клапан; 10 – закладка; 11 – защита; 12 – подвод воды КО СУЗ

Что это за инструмент, и что он делает???