На правах рукописи

Сидоров Михаил Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЕАКТОРНЫХ УСТАНОВОК

РБМК-1000 В ПОДКРИТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ

Специальность 05.14.03. – «Ядерные энергетические установки, включая

проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2003

Работа выполнена на кафедре атомных и тепловых энергетических установок ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель - доктор технических наук, Лебедев Валерий Иванович Консультант - доктор технических наук, Василенко Вячеслав Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, Симановский Валентин Михайлович кандидат физ.-мат. наук, доцент, Ельшин Александр Всеволодович

Ведущая организация – ФГУП «Санкт-Петербургский научноисследовательский и проектноконструкторский институт «Атомэнергопроект»»

Защита состоится 7 октября 2003 года в 18 часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.04 в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29, в аудитории 411 ПГК.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ СПбГПУ.

Автореферат разослан «_» _ 2003 года.

Ученый секретарь диссертационного совета К.А. Григорьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Характерной особенностью канальных реакторов РБМК-1000 является то, что в активной зоне заключено несколько десятков областей, в которых при определенных условиях может образоваться локальная критичность. Это требует обеспечение надежного контроля нейтронного потока в любом состоянии реакторной установки (РУ).

Опыт эксплуатации РУ РБМК-1000 показал, что на заглушенном, остановленном реакторе, когда плотность нейтронного потока составляет от 10-7 до 10-3 % Nном, штатные средства контроля нейтронной мощности не обладают достаточной степенью чувствительности. Останов реактора, нахождение его в подкритическом состоянии и вывод в критическое состояние связаны с прохождением диапазона мощности, требующего более совершенных аппаратных средств контроля заглушенного состояния активной зоны, чем ныне существующие.

В этой связи, возникает необходимость повышения ядерной безопасности реактора РБМК-1000 в подкритических (остановочных, стояночных и пусковых) режимах работы.

Система контроля подкритичности, способная фиксировать изменения уровня мощности реактора в подкритическом состоянии и при выходе в критическое состояние, должна стать надежным инструментом контроля и управления нейтронно-физическими процессами в активной зоне.

Цели работы. Цель исследований в данной диссертации – исследование режимов работу РУ РБМК-1000 в подкритическом состоянии с помощью системы внутриреакторного контроля подкритичности реактора (СВРК ПР) и повышение уровня ядерной безопасности реактора РБМК-1000. Для этого поставлены следующие задачи диссертационного исследования:

1. Изучение конструкции активной зоны реактора РБМК-1000. Обобщение результатов измерений подкритичности различными методами и системами.

2. Экспериментальное исследование изменения степени подкритичности реактора в зависимости от режимов работы РУ и состава активной зоны.

3. Анализ полученных экспериментальных нейтронно-физических характеристик активной зоны РБМК-1000 с помощью расчетных программ.

4. Разработка дополнений к методике определения подкритичности реактора РБМК-1000.

Научная новизна. По мнению автора, к новым результатам относятся полученные экспериментальным путем значения эффективности стержней СКУЗ, ТВС, столбов воды в ТК и РК СУЗ подкритического реактора РБМК-1000.

Научно-обоснованная методика определения подкритичности, разработанная автором, может быть использована при проектировании и эксплуатации систем контроля подкритичности на АЭС с канальными реакторами.

Методика выполнения работы, достоверность и обоснованность результатов.

В данной работе используются методы экспериментального и теоретического исследования. Полученные расчетные величины и экспериментальные данные подтверждены протоколами измерений нейтронно-физических характеристик РУ РБМК-1000 Ленинградской и Курской атомных станций. Разработанные в диссертации модели процессов в активной зоне подкритического реактора основаны на сравнении с расчетами и экспериментами, полученными в работах предыдущих авторов. Также при получении расчетных величин в работе использовались программные средства, аттестованные для физических расчетов активных зон реакторов РБМК-1000.

Практическая ценность работы. Практическая ценность полученных автором результатов состоит в возможности проводить более глубокое изучение состояния активной зоны реакторов РБМК-1000.

Полученные данные позволяют дополнительно контролировать правильность планирования перегрузок в течение кампании. Кроме того, появляется возможность вносить более точные поправки в показания датчиков системы физического контроля распределения энерговыделения.

Результаты непрерывного контроля изменения плотности нейтронного потока на остановленном реакторе позволяют определить новые подходы к определению перечня ядерно-опасных работ.

Анализ результатов, полученных с помощью СВРК ПР, естественным образом обусловливает начало разработки и создания комплексной системы управления и защиты подкритического реактора.

На основании результатов измерения в процессе опорожнения КО СУЗ были внесены изменения в «Инструкцию по опорожнению каналов СУЗ и аварийного бака СУЗ реактора РБМК-1000 первой очереди ЛАЭС»

инв.№Р-644 арх. ПТО Ленинградской АЭС.

Результаты исследования намечено использовать для внесения дополнений в «Комплексную методику определения физических и динамических характеристик РБМК-1000» РДЭО-0137-98.

Автор выносит на защиту:

1. Рекомендации по определению количества подвесок ионизационных камер (ПИК), необходимого для полномасштабного контроля активной зоны подкритического реактора РБМК-1000, места их установки и их эффективный радиус чувствительности.

2. Расчетные и экспериментальные величины вклада в нейтронный поток подкритического реактора элементов активной зоны.

3. Заключение о методе определения подкритичности реакторов РБМКс помощью аппаратуры СВРК ПР.

4. Методику определения подкритичности реактора РБМК-1000.

5. Способы повышения КИУМ энергоблоков РБМК-1000 с помощью использования СВРК ПР.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на заседании научно-технического совета Ленинградской АЭС и получили положительную оценку экспертов.

Также основные результаты исследований апробированы на научных конференциях:

1. Межвузовская научная конференция «XXVIII неделя науки СПбГТУ», доклад «Вопросы повышения маневренности и безопасности реактора РБМК-1000» Санкт-Петербургский государственный технический университет, 10 ноября 2000 г.

2. Международная научная конференция «Полярное сияние – 2002.

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право», доклад «Поверка аппаратуры контроля нейтронного потока реактора РБМК-1000, при пусковых режимах работы ЯЭУ и выходе на МКУ», Санкт-Петербург, Государственный региональный образовательный центр, 2 февраля 2002 г.

3. Международная научная конференция «Полярное сияние – 2003.

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право», доклад «Некоторые результаты испытаний системы внутриреакторного контроля подкритичности реактора на первом и втором энергоблоках Ленинградской АС», Санкт-Петербург, Государственный региональный образовательный центр, 31 января 2003 г.

Публикации результатов работы. Основные результаты работы отражены в пяти публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. В конце приведены библиографический список из 52 источников, приложения, в которых представлены элементы конструкции реактора, графики изменения подкритичности, процессы вывода в критическое состояние и уравнения математических моделей подкритичной активной зоны. Диссертация выполнена на 188 стр., из них 132 – текстовая часть, 5 - библиографический список, 51 - приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении выполнен обзор работ, посвященных опыту эксплуатации РУ РБМК-1000, который позволил выявить режимы эксплуатации реактора в подкритическом состоянии, для которых требуется непрерывный контроль плотности нейтронного потока по объему активной зоны. В процессе эксплуатации и ремонта остановленного реактора необходим контроль степени подкритичности, которая для проведения ядерно-опасных работ должна составлять не менее 2% (kэфф МВт·сут/ТВС);

- состава и загрузки активной зоны. При прочих равных условиях вносимая «локальная реактивность» в районах (полиячейках 4 на 4) с низкими энерговыработками (Еср0,997 СВРК ПР позволяет фиксировать изменение плотности нейтронного потока и периодов реактора при минимальном управляющем воздействии оператора. Это упрощает контроль за выводом реактора в критическое состояние и существенно повышает ядерную безопасность энергоблока в целом.

Показана возможность создания системы, способной обеспечить равномерный и монотонный вывод реактора в критическое состояние.

8. На основании полученных зависимостей скорости счета от положения стержней БАЗ для подкритического состояния РУ, выработаны рекомендации по дополнению «Комплексной методики определения физических и динамических характеристик реакторов РБМКРДЭО-0137-98. Предложено дополнить существующую методику оценки подкритичности методом ввода стержней БАЗ, и тем самым уменьшить погрешность. Впервые полученные автором значения относительных изменений плотностей нейтронного потока при погруженных и извлеченных стержнях БАЗ (рис. 6), для реактора РБМК-1000, находящегося в подкритическом состоянии, позволяют значительно увеличить точность в оценке подкритичности методом ввода стержней БАЗ. Кроме того, данные, полученные СВРК ПР, подтвердили неточность оценок, используемых аттестованной программой «POLARIS»

для расчета эффективности стержней БАЗ в подкритическом состоянии реактора №1 Ленинградской АЭС.

Скорость счета, имп/с 9. С помощью прямых измерений с высокой точностью подтверждено смещение максимума плотности нейтронного потока кверху активной зоны подкритического реактора. По мнению автора, это смещение связано с ужесточением спектра нейтронов в верхней части активной зоны при прохождении пароводяной смеси, что приводит к увеличению наработки Pu239 в верхней части ТВС.

10. Впервые экспериментально доказано, что эффект опорожнения КО СУЗ может иметь различный знак в различных частях активной зоны. Это позволило внести корректировки в «Инструкцию по опорожнению каналов СУЗ и аварийного бака СУЗ реактора РБМК-1000 первой очереди ЛАЭС»

(инв.№Р-644 арх. ПТО Ленинградской АЭС) и изменить процедуру опорожнения или заполнения КО СУЗ Ленинградской АЭС.

11. Анализ результатов измерений показал, что дальнейший перевод загрузки РБМК-1000 на уран-эрбиевое топливо с обогащением 2,8% и 3,0% при сохранении стратегии перегрузок Ленинградской АЭС приведет к еще большей неравномерности концентрации делящихся материалов по радиусу активной зоны. А при неизменной мощности реактора продолжится увеличение kr и возрастет линейная нагрузка на твэл. Для того, чтобы нивелировать эти негативные эффекты, связанные с экономически обоснованным переводом реактора РБМК-1000 на топливо с более высоким обогащением, необходимо изменить существующий подход к перегрузкам реактора. Также целесообразно производить периодический мониторинг состава активной зоны с помощью СВРК ПР.

Это позволит своевременно выявлять и перегружать районы реактора с неравномерной загрузкой.

Публикации. По основным материалам диссертационной работы сделаны следующие публикации:

1. Сидоров М.Ю., Куликова Г.Г., Струков М.А., и др. Исследование и анализ некоторых характеристик сигналов средств проверки аппаратуры измерения и контроля нейтронного потока ядерного реактора.

Международная студенческая конференция «Полярное сияние-2002».

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право»: Сборник тезисов докладов. Под ред. проф. В.В. Харитонова М.: МИФИ, 2002. – с. 155-156.

2. Сидоров М.Ю., Куликова Г.Г., В.А. Василенко и др. Поверка аппаратуры контроля нейтронного потока реактора РБМК-1000, при пусковых режимах работы ЯЭУ и выходе на МКУ. Международная студенческая конференция «Полярное сияние-2003». Сборник тезисов докладов. Под ред. проф. В.В. Харитонова М.: МИФИ, 2003. - с.77-78.

3. М.Ю.Сидоров, В.И.Лебедев, Г.Г.Куликова и др. Некоторые результаты испытаний системы внутриреакторного контроля подкритичности реактора на первом энергоблоке Ленинградской АЭС. Международная студ. конференция «Полярное сияние-2003».: Сборник тезисов докладов.

Под ред. проф. В.В. Харитонова М.: МИФИ, 2003. - с.120-122.

Перечень принятых сокращений.

БАЗ - быстродействующая аварийная защита;

КО СУЗ - контур охлаждения системы управления и защиты;

КИУМ - коэффициент использования установленной мощности;

МФУ - минимальный физический уровень мощности;

ПБЯ РУ АС-89 - «Правила ядерной безопасности реакторных установок РБМК - реактор большой мощности канальный;

РК СУЗ - каналы системы управления и защиты;

СВРК ПР - система внутриреакторного контроля подкритичности СКУЗ - система контроля, управления и защиты;

УСП - укороченный стержень поглотитель.

Лицензия ЛР № 020593 от 7.08. Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства СПбГПУ 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

Отпечатано на ризографе RN–2000 FP Поставщик оборудования — фирма “Р-ПРИНТ”