Efectul final în RBMK este un fenomen constând într-o creștere pe termen scurt a reactivității unui reactor nuclear (în locul scăderii așteptate), observată la reactoarele RBMK-1000 înainte de modernizarea acestora, la coborârea tijelor sistemului de control și protecție . (CPS) din poziția extremă superioară (sau aproape de ea). Efectul a fost cauzat de un design nereușit al tijelor. Poate că a fost unul dintre factorii care au contribuit la dezvoltarea catastrofală a accidentului de la Cernobîl. După accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl , designul tijelor a fost schimbat și efectul final a fost eliminat.
Tijele CPS din RBMK sunt amplasate în canale răcite de propriul lor circuit de răcire independent. Partea principală a tijei, care conține un absorbant de neutroni cu carbură de bor , are 7 metri lungime (înălțimea miezului reactorului ). Sub absorbant se află un dispozitiv de deplasare din grafit conectat la acesta printr-o tijă telescopică. Lungimea deplasatorului este de aproximativ 5 metri. La extragerea (deplasarea în poziția superioară) tijei din zonă, dislocatorul de grafit înlocuiește apa canalului CPS, ceea ce face posibilă evitarea absorbției inutile a neutronilor de către apă (grafitul are o capacitate semnificativ mai mică de a absorbi neutroni în comparație cu apă ușoară ) și, astfel, „economisesc” neutroni, ceea ce, la rândul său, crește eficiența reactorului.
Înălțimea miezului RBMK este de 7 m și probabil ar fi mai bine să faceți un deplasator de aceeași lungime, totuși, înălțimea canalului de sub miez este proiectată să fie mai mică și să nu depășească 5 m (~4,5). Astfel, dacă tija se află în poziția sa cea mai de jos, nu mai rămâne loc pentru amplasarea unui displacer de șapte metri.
Cu absorbantul complet îndepărtat, dispozitivul de deplasare de 4,5 metri este situat în zona activă, iar spațiul rămas de sub acesta (1,25 metri) este umplut cu apă din canalul CPS. Astfel, grafitul care absoarbe slab neutronii este situat în partea centrală a miezului, unde numărul de neutroni termici este maxim, iar apa, care absoarbe neutroni considerabil mai puternici decât grafitul, este situată la periferia miezului (în partea superioară și părți inferioare), care se caracterizează prin fluxuri termice semnificativ mai scăzute.neutroni, unde capacitatea sa de a absorbi neutroni este parțial compensată de „numărul mic” al acestora din urmă.
Efectul se dezvoltă atunci când tija se deplasează în miez din poziția superioară extremă, când grafitul, care absoarbe slab neutronii, în primul moment înlocuiește apa din regiunea inferioară a canalelor CPS, care are o capacitate de absorbție mai mare. Ca rezultat, în partea inferioară a miezului sunt create condiții pentru formarea reactivității pozitive și creșterea puterii locale. Trebuie repetat faptul că zona descrisă este situată în partea de jos a miezului (aproximativ 1 m), caracterizată printr-o valoare scăzută a fluxului de neutroni (semnificativ sub valoarea medie pentru reactor). În același timp, absorbantul înlocuiește grafitul în partea superioară a miezului, unde densitatea fluxului de neutroni poate fi și mai mică, iar reactivitatea negativă introdusă de sus poate să nu compenseze reactivitatea pozitivă introdusă de jos.
Raportul acestor reactivități depinde de mai mulți factori. Volumul de carbură de bor introdus de sus este egal cu volumul de apă deplasat de jos, dar secțiunea transversală de captare a borului se referă la secțiunea transversală de captare a hidrogenului ușor de aproximativ 755:0,33 [1] , adică de aproximativ ~2265 de ori mai mare. Reactivitatea locală introdusă datorită efectului final este proporțională cu pătratul fluxului de neutroni (teoria perturbației), prin urmare, pentru apariția efectului final, fluxul de neutroni de sus ar trebui să fie de aproximativ ~50 de ori mai mic. În condiții nominale de funcționare a reactorului, acest lucru practic nu are loc și, din acest motiv, efectul nu a fost detectat mult timp.
Cu toate acestea, există și factorul de ardere atât al combustibilului (care poate schimba profilul câmpului de neutroni nu în bine), cât și al tijei de control în sine, în special la capătul său inferior, care rămâne în reactor cel mai lung și continuă să rămână în câmpul de neutroni chiar și în poziția superioară extremă.
Efectul final a fost descoperit în 1983 în timpul pornirii fizice a reactoarelor unității I a Ignalinei , precum și a celei de-a patra unități a centralei nucleare de la Cernobîl . [2] [3] Studiile au arătat că efectul final este observat atunci când tijele individuale sunt scufundate în zona activă de la comutatoarele de capăt superioare. Sa demonstrat experimental că introducerea în masă a tijelor (mai mult de 15-18 tije PP) a exclus efectul final [2] (cu toate acestea, vezi [2] secțiunea 3.4).
Efectul final ar fi putut contribui la dezvoltarea catastrofală a accidentului de la Cernobîl din 26 aprilie 1986, deoarece din datele înregistrate se știe că imediat înainte de dezastru reactorul avea un nivel ridicat de ardere și o marjă de reactivitate operațională inacceptabil de scăzută și astfel majoritatea tijelor de comandă se aflau pe întrerupătoarele de limită superioare. În acest caz, introducerea masivă a tijelor CPS în miez ar putea duce la introducerea reactivității necompensate (conform diferitelor estimări, de la 0,3 la 1,1 β).
Contează și viteza cu care se introduce tija de control. Cu o coborâre lină și controlată a tijei, se poate observa în timp o creștere neașteptată a puterii și se poate opri introducerea tijei. Atunci când butonul de protecție de urgență este apăsat , introducerea tijelor se realizează cât mai repede posibil și, prin urmare, se poate introduce imediat o reactivitate pozitivă mare.
Într-un fel sau altul, efectul final a împiedicat tijele de control să închidă reactorul în primele secunde (până la 5-6) după formarea comenzii corespunzătoare.
După accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl, reactoarele RBMK au fost modernizate, inclusiv modificări ale designului tijelor CPS, excluzând efectul final pozitiv. Tijele CPS modernizate aveau un deplasator și un absorbant de șapte metri. Absorbantul era format din două părți - una veche de 5 metri și una cu bandă de 2 metri, care, atunci când telescopul este pliat, este pus pe deplasator [4] .
În prezent, toate reactoarele RBMK sunt echipate cu regulatoare de cluster (CRO) cu un displacer fix (așa-numitul manșon) realizat dintr-un aliaj de aluminiu care absoarbe slab neutronii. Acest displacer este răcit din exterior de apa circuitului CPS. În partea interioară a manșonului KRO sunt prevăzute găuri, în care tijele absorbante CPS se mișcă „uscat”.