О ВЛИЯНИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ФИЗИКУ И БЕЗОПАСНОСТЬ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РЕАКТОРОВ XIII ЕЖЕГОДНОЕ РОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ «

Отличием ИР от других типов ЯР является наличие экспериментальных устройств. ЭУ и режимы испытаний могут оказывать значительное влияние на основные нейтронно-физические характеристики ИР:
эффективность органов СУЗ,
запас реактивности,
знак и величина обратных связей по реактивности,
подкритичность реактора с введенными РО СУЗ,
эффекты реактивности при перегрузке активной зоны,
коэффициенты неравномерности энерговыделения в активной зоне,
вплоть до изменения основных проектных и паспортных характеристик реакторов.

Анализ опубликованной информации по влиянию ЭУ на НФХ исследовательских реакторов показал ее недостаточность для научно-методического обоснования и аргументированной трактовки нормативных требований по безопасности, как по объему, так и по качеству представленных результатов.
Это определяет необходимость выполнения системных исследований в обоснование безопасности эксплуатации ИР с различными типами ЭУ.

Масштаб и характер влияния ЭУ на НФХ ИР зависит от:
типа и характеристик самого реактора;
конструкции и материального состава ЭУ и облучаемых материалов;
места размещения ЭУ в реакторе;
режима испытания (стационарный или динамический);
режима работы реакторной установки;
наличия в реакторе других ЭУ и необходимости согласования и обеспечения условий совместного испытания различных ЭУ;
сценариев развития постулируемых нарушений нормальной эксплуатации.
Влияние ЭУ на НФХ ИР проанализировано расчетно-экспериментальным путем для реакторов различного типа

Картограмма активной зоны реактора СМ

Картограмма активной
зоны реактора МИР

Картограмма активной зоны реактора РБТ-6

Картограмма активной зоны реактора РБТ-10

Сечение нейтронной ловушке реактора СМ с петлевым каналом (а), с центральным Ве-блоком (б) и сепаратором (в):
1 − фигурный бериллиевый вкладыш; 2 − стержень АЗ; 3 − центральный бериллиевый блок;
4 − поглотитель ЦКО; 5 – трубы сепаратора; 6 − вода.
Влияние компоновки нейтронной ловушки на НФХ высокопоточного ИР

Зависимость реактивности от концентрации водорода в центральном канале реактора СМ
____ результаты из [4],
- экспериментальные данные для углеводородных жидкостей,
------ расчетные данные для пароводяной смеси.

Основные НФХ реактора СМ с различными вариантами компоновки нейтронной ловушки

Энерговыделение в типовых ячейках реактора СМ с бериллиевым блоком (█) и сепаратором (□)

Усредненные параметры реактора СМ,
связанные с использованием топлива

ЭУ в активной зоне
Для реактора СМ:
ТВС с экспериментальными каналами;
Устройства в объеме ТВС;
Петлевые каналы для облучения материалов
Для реактора МИР:
ЭТВС и сборки твэлов в петлевых каналах;
Устройства для испытаний твэлов в переходных и аварийных режимах;
ЭТВС в рабочих каналах;
Устройства для накопления радионуклидах
Для реакторов РБТ:
Ампульные вертикальные каналы с облучаемыми материалами;
Прямоточные экспериментальные каналы
Устройства в объеме ТВС

ЭУ в активной зоне реактора СМ

Эффективность КО реактора СМ и эффекты реактивности при размещении ЭУ в объеме ТВС

Коэффициенты неравномерности энерговыделения для модернизированной активной зоны с ПК

ЭУ в активной зоне реактора МИР

Изменение эффективности стержней СУЗ в зависимости от расстояния до центра локальной области

Изучение эффекта реактивности при удалении воды из петлевого канала

Добавка в теплоноситель раствора борной кислоты увеличивает значение эффекта реактивности и снижает запас реактивности реактора

ЭУ в активной зоне реакторов РБТ

Эффекты реактивности при перегрузочных операциях в реакторах РБТ

ЭУ в отражателе реактора СМ

Эффекты реактивности от загрузки ЭУ в ближние ячейки отражателя реактора СМ

Основные этапы обеспечения безопасности ИР:
заблаговременное установление степени влияния ЭУ на НФХ ИР;
сопоставление полученных результатов по изменению НФХ активной зоны под воздействием ЭУ с проектными (допустимыми) пределами;
выбор организационно-технических мер (в рамках применяемых эксплуатационных процедур) обеспечения ЯБ при проведении эксперимента;
определение, в достаточно редких случаях, необходимых действий по изменению систем (элементов) реактора и/или режимов его эксплуатации, когда внедряемое ЭУ нового типа приводит к изменению проектных характеристик реактора.

ЭУ ИР предлагается разделить на четыре класса.
1 Класс − ЭУ, приводящие к изменению проектных характеристик ИР
2 Класс − ЭУ, требующие выполнения специальных организационно-технических мероприятий для сохранения эффективности органов СУЗ и распределения энерговыделения в активной зоне в проектных пределах
3 Класс − ЭУ, оказывающие влияние на реактивность, эффективность органов СУЗ и распределение энерговыделения в пределах проектных значений
4 Класс - ЭУ, не оказывающие влияния на реактивность, эффективность органов СУЗ и неравномерность распределения энерговыделения

Требуемые процедуры при подготовке эксперимента с ЭУ различного класса

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании результатов проведенных расчетно-экспериментальных исследований характеристик ИР с различными типами ЭУ определены факторы и масштаб влияния экспериментальных устройств на нейтронно-физические и эксплуатационные характеристики, а также параметры, важные для безопасности. Предложена классификация ЭУ по влиянию на характеристики реактора, важные для ядерной безопасности. Ее наличие позволяет установить этапы работы, необходимые и достаточные для обеспечения и обоснования ядерной безопасности реактора при проведении испытаний, оптимизировать и минимизировать объем подготовительных работ.