Нейтронно-термоакустична нестійкість в каналах ядерного реактора

 

Актуальність теми: Вкрай важливою для України є проблема створення розрахунково-аналiтичних засобiв для аналiзу процесiв в ядерних реакторах в стацiонарних, перехiдних та аварiйних становищах. Без освоєння такого комплексу розрахунково-аналiтичних засобiв неможливо забезпечити надiйну та безпечну роботу АЕС

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами: Нацiональна програма України "Критичнi технологiї" (постанова кабiнету мiнiстрiв України N 310 вiд 06.05.1994 г); Держбюджетна науково-дослідна робота “Розроблення методики періодичного контролю систем безпеки АЕС з ВВЕР” (Номер держ. реєстрації 0197U017627); Науково-дослідна робота “Аналіз безпеки ядерних енергоблоків Запорізької АЕС щодо термоакустичної нестійкості ” (Госп.договір ЗАЕС-ОДПУ N 01/341-97).

Мета дослідження: Вiдкриття закономірностей термоакустичної нестійкості (ТАН) в ядерному реакторі (ЯР) в одномірному наближенні.

Задачі дослідження:

- розроблення основ уявлення про фiзичний механiзм термоакустичної нестiйкостi в ЯР (нейтронно-термоакустичної нестiйкостi);

виведення характеристичного рiвняння нейтронно-термоакустичної нестiйкостi (НТАН) для одномірного випадку;

- запис елементiв фундаментальної матрицi рiшень характеристичного рiвняння НТАН як функцiй макропараметрів та мiкропараметрiв;

- створення програмних модулiв для розрахунку областей НТАН в одномiрному наближенні;

- вiдкриття закономiрностей впливу зворотного зв’язку по нейтронному потоку на розвиток ТАН в ЯР в одномірному наближенні та оцінка областi iснування НТАН для умов максимально навантаженої тепловидiляючої збiрки (ТВЗ) ВВЕР-1000.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Уперше запропоновано уявлення про фiзичний механiзм ТАН в ЯР як нейтронно-термоакустичної нестiйкостi (НТАН) шляхом урахування впливу на розвиток ТАН в ЯР зворотного зв’язку по збуренню прямого тепловиділення в рідині.

2. Уперше виведено характеристичне рiвняння НТАН в одномірному наближенні шляхом рішення крайової задачі для вектора змінних, де об’єднані збурення макропараметрів (нейтронний потік, нейтронний струм, витрата…) та мікропараметрів пузиркового кипучого потоку в ЯР.

3. Уперше дана якісна оцінка впливу знаку парового коефіцієнта реактивності, безрозмірного параметра “альфа”, а також довжини обігріву на розвиток ТАН в ЯР.

Практичне значення одержаних результатів:

1. Розроблена у видi комплексу розрахункових модулiв методика аналiзу стiйкостi ЯР до НТАН в одномiрному наближенні. Ця методика може бути рекомендованою для використання в науково-дослідних організаціях України при веріфікації теплогідравличних кодів ВВЕР-1000, а також при проектуванні нових ЯР.

Розрахунково-аналітичним шляхом доведена можливість існування і в одномірному наближенні дана оцінка області iснування НТАН в умовах центральної частини активної зони ВВЕР-1000

Апробація результатів дисертації : Дисертацiя обговорена на мiжнароднiй науковiй конференцiї "Екологiчнiсть технологiчних процесiв та охорона навколишнього середовища" (Одеса , травень 1997 р), а також на ювiлейнiй науково-технiчнiй конференцiї "Пiдготовка кадрiв та екологiчнi проблеми енергетики", присвяченiй 65-рiччю кафедри ТЕС Уральского державного технiчного унiверситету (Єкатеринбург, листопад 1997 р.). Результати дослiдження повiдомленi в IТТФ НАН України та в ДНТЦ ЯРБ України.

Публікації: По темi дисертацiї є 15 публiкацiй, з яких 6 журнальних, 2 статтi в збiрниках тез конференцiй та 7 депонованих статей.

Структура та обсяг дисертації : Дисертацiя складається зi вcтупу, трьох роздiлiв, закiнчення , списку лiтератури та 2 додаткiв. Загальний обсяг дисертацiї 197 стор., в тому числi 132 cтор. основної частини, 42 малюнки, 1 таблиця. Список лiтератури включає 72 найменування.

 

 

У вступі обгрунтована необхiднiсть вiдкриття закономірностей ТАН в ЯР та сформульованi завдання для розв’язання проблеми ТАН в ЯР.

В першому роздiлi виконано огляд лiтератури щодо проблеми ТАН в ядерному реакторi . Зробленi висновки, що

1. ТАК можуть бути особливо небезпечнi при їх виникненнi у ТВЗ активної зони ЯР. ТАК, що породжують високочастотнi поперечнi коливання тонкостiнної оболонки, можуть привести до її зруйнування з вихiдом радiоактивних продуктiв до контуру. Також можливо зменшення ресурсу роботи ТВЕЛiв за рахунок зруйнування ТВЕЛiв вiд утоми.

2. На данний час нагромадженi численнi експериментальнi матерiали щодо проблеми ТАК, якi одержанi на експериментальних стендах. Однак, навiть на стендах, що максимально близько моделюють режимнi параметри ЯР ВВЕР-1000, немає достатньо ретельної вiдповiдностi умовам роботи реального ЯР ВВЕР-1000. Важливо вiдзначити, що на ядерному енергоблоцi з ряду причин експерименти з проблеми ТАК або дуже складнi , або не можливi .

Вже розроблено розрахунковий метод аналiзу ТАН у неядерному теплообмiнному апаратi * . Вiн опирається на уявлення щодо ТАК як явища, що має причиною конденсацiю пузирів, що рухаються у недогрітому потоцi рiдини. Самопородження ТАК вiдбувається, якщо є надходження акустичної енергiї до потоку вiдповiдно критерiю Релею. Цей розрахунковий метод ретельно перевiрено тiльки на експериментальних стендах з малою довжиною обiгрiву (менш 1 метра).

Зазначений розрахунковий метод визначення кордонiв ТАН не приймає до уваги нейтронно-фiзичнi особливостi ТАН в ядерному реакторi . Сукупне розглядання нейтронно-фiзичних, теплогiдравличних та акустичних явищ потребує синтезу математичних моделей, розроблених для окремого аналiзу рiзних видiв нестiйкостi.

5. В центральної частині активної зони ЯР ВВЕР-1000 є зона поверхневого кипiння (ПК). Оцiнка показує, що приблизно 10 % вiд загальної кiлькостi ТВЗ мають дiлянку ПК. Пiд час роботи 6-го блоку Запорiзької АЕС (аналогiчно для iнших АЕС з ВВЕР-1000 ) мають мiсце режими зi зменшеною вхiдною температурою рiдини, що пiдвищує вiрогiднiсть виникнення ТАН.

Необхiднiсть визначення особливостей та можливостi розвитку ТАН в ЯР обумовила завдання дослiдження.

В другому роздiлi розробленi основи уявлення про фiзичний механiзм НТАН.