Паровой коэффициент реактивности a j =¶ r /¶ j считается одним из важнейших параметров, характеризующих степень безопасности канальных кипящих реакторов. После аварии на 4-м блоке Чернобыльской АЭС в 1986 году был проведен ряд исследований, направленных на поиски путей снижения парового коэффициента реактивности, одним из наиболее значительных результатов которых было внедрение эрбия в качестве выгорающего поглотителя в топливо действующих реакторов РБМК/1/. Другое, более радикальное решение этой проблемы связано с уменьшением графито-уранового отношения в реакторе.

По принятому определению/2l, паровой коэффициент a j связан с плотностным коэффициентом a g , соотношением a j =a g (¶ g /¶ j )· (1/b ), где j и g , соответственно, средние паросодержание и плотность теплоносителя в канале, а b — эффективная доля запаздывающих нейтронов. Из-за отрицательной производной ¶ g /¶ j коэффициенты a j и a g имеют противоположные знаки.

В кипящем канальном реакторе плотность теплоносителя является переменной по высоте канала, в связи с чем оценка коэффициентов реактивности по отношению к изменению средней плотности или среднего паросодержания может быть недостаточно информативной. Цель настоящего исследования состояла в численном моделировании и качественном анализе эффекта, связанного с изменением плотности теплоносителя, для реактора с распределёнными по высоте свойствами.

Исследования проводились на модели ячейки, аналогичной ячейке РБМК. Численные результаты по локальному плотностному коэффициенту a g =(1/K)· (¶ K/¶ g ) получались из прямых ячеечных расчётов с помощью программы ГЕТЕРА. Для качественного анализа использовались аналитические выражения для a g , полученные на основе формулы 4-х сомножителей. Наряду с зависимостью a g oт исходной плотности теплоносителя g , исследовалось влияние шага решетки, состава топлива (обогащённый уран, уран с поглотителем, уран + плутоний), температуры топлива и замедлителя, а также аксиального распределения энерговыделения.

Как и следовало ожидать, увеличение коэффициента использования тепловых нейтронов и увеличение доли резонансного захвата позволяют увеличить благоприятную положительную составляющую плотностного коэффициента. Этот эффект может быть достигнут различными способами: уменьшением шага решетки, введением в топливо дополнительного поглотителя тепловых и резонансных нейтронов, заменой делящегося урана плутонием. Этот же эффект будет иметь место при уменьшении плотности теплоносителя. Отсюда следует важный результат: с уменьшением плотности кипящего теплоносителя по высоте канала локальный плотностной коэффициент меняется в положительную сторону. Наименее благоприятной с точки зрения плотностного коэффициента является область начала закипания теплоносителя. Переменная величина плотностного коэффициента может иметь следствием заметную деформацию поля энерговыделения при возмущениях расхода и температуры теплоносителя на входе в канал. Результаты исследований демонстрируют характерный диапазон изменений локального плотностного коэффициента. В частности, возможны ситуации, когда плотностной коэффициент оказывается знакопеременным по высоте канала.