Еще к вопросу о гадолинии и его изотопах в реакторах (и не только о гадолинии).
Традиционно в СУЗ реактора используют твёрдые поглотители нейтронов,
заключённые в твёрдые оболочки, которые за счёт высотного положения в ак-
активной зоне (A3) позволяют регулировать мощность реактора. Недостатком
этой системы является усиление неравномерности распределения тепловыде-
тепловыделения по активной зоне при вводе стержней в зону, что влечёт за собой
ухудшение таких показателей, как удельная мощность и средняя глубина
выгорания. При этом скорость их перемещения должна соответствовать воз-
возможным изменениям реактивности с целью её своевременной компенсации.
В связи с этим для повышения безопасной эксплуатации системы управле-
управления и защиты должны быть предусмотрены по меньшей мере две независимые
системы воздействия на реактивность (желательно основанные на разных
принципах), которые были бы способны быстро (не допуская повреждения
твэлов) независимо одна от другой привести активную зону в подкритическое
состояние при рабочей температуре активной зоны и теплоносителя, а также
при расхолаживании и разотравлении реактора [1].
Жидкостные СУЗ имеют ряд преимуществ перед традиционными:
• в активной зоне и поблизости от неё отсутствуют подвижные элементы,
поэтому риск несвоевременной подачи жидкого поглотителя сводится к ми-
минимуму;
• не требуется уплотнений и точного изготовления подвижных и непо-
неподвижных элементов, так как через оболочку реактора проходят только непо-
неподвижные каналы;
• оборудование обслуживаемых помещений может быть расположено вне
активной зоны;
• обеспечивается широкий диапазон быстродействия с наименьшими за-
затратами.
Надёжность срабатывания (ввода жидкого поглотителя в реактор) обуславливается: минимальным числом срабатывающих органов; воздействием клапанов на нейтральный газ, а не на жидкость; установкой нормально откры-
открытых клапанов (открывающихся при исчезновении управляющего сигнала —
электрического, пневматического и т.п.) [2].
Необходимость в таких системах возникает в связи с увеличением удель-
удельной мощности и размеров реактора, поскольку при этом возрастает веро-
вероятность пространственных колебаний мощности, связанных с нестационар-
нестационарным отравлением ксеноном. Наконец, имеются значительные преимущества
у жидкостных канальных систем аварийной защиты. Системы с таким регу-
регулированием и аварийной защитой реализованы в ряде реакторов.
Одной из проблем жидкостного управления ядерными реакторами являет-
является выбор поглотителя. Имеются два непременных условия, которым должно
соответствовать химическое соединение в качестве регулятора атомного ре-
реактора:
• растворимость и сечение захвата должны быть такими, чтобы обеспечи-
обеспечивать проектные адсорбционные характеристики теплоносителя;
• применяемый поглотитель должен также обладать достаточной химиче-
химической и физической стойкостью при действии реакторного излучения во всех
режимах жидкостного регулирования [3, 4].
В данной главе сделана попытка оценить возможность использования
в качестве жидкостного поглотителя водных растворов ряда элементов,
а именно, В, Cd, Sm, Eu,
Gd.
...
Еще цитата [показать]
Жидкий раствор ацетата гадолиния особо рекомендуется для остановки
реактора, если аварийная ситуация создалась во время пуска, когда темпе-
температура активной зоны ещё невелика. В этом случае реактор останавливают
равномерным смачиванием поверхности твэлов 5%-ным раствором ацетата
гадолиния. Ацетат гадолиния приемлем также для остановки реактора, ра-
работающего на полной мощности. При аварийной остановке HTR тепловой
мощностью 3000 МВт для снижения реактивности на 3% А к/к требуется
осадить на поверхности твэлов 500 г гадолиния.
Второе направление для реакторов — это работы по использованию ор-
органических соединений гадолиния с относительно высоким давлением паров,
достаточным для компенсации реактивности. В первую очередь рассматри-
рассматриваются циклопентадиенил гадолиния Gc^CsHs) и изопропоксид гадолиния-
алюминия Gd [A1 (СзН7ОL]з- Циклопентадиенил гадолиния сублимируется
при температуре, характрной для момента остановки реактора. Изопропоксид
гадолиния-алюминия разжижается при 92 °С. При температуре активной
зоны 160 ч-380 °С для остановки реактора целесообразно использовать цик-
циклопентадиенил гадолиния, при 80 -=- 350 °С можно применить изопропоксид
гадолиния. Если органические соединения гадолиния вводить в реактор,
работающий на энергетическом уровне мощности, в активной зоне будет
происходить их пиролиз [13].
Растворы основного нитрата гадолиния (~ 0,001 М), полученные из рас-
растворов нитрата гадолиния с использованием анионообменников (ОН-форма),
нашли применение для контроля ядерных реакций в водных системах [15].
Использование нитрата гадолиния для жидкостного регулирования ре-
реактивности ядерных реакторов привлекательно, так как он обладает высо-
высоким сечением поглощения нейтронов и хорошей растворимостью в водяном
теплоносителе. В условиях энергетических реакторов нитрат гадолиния раз-
разлагается с образованием осадка и поэтому не пригоден для жидкостного
регулирования при температуре выше 135 °С [3]. В результате исследова-
исследований [4] установлено, что введение в воду нитрата гадолиния до концентрации
10~3 моль/л привело к значительному увеличению концентрации продуктов
радиолиза. Примерно через 5 часов после введения поглотителя концентрация
водорода увеличилась в 18 раз, концентрация кислорода — в 7 раз и концен-
концентрация перекиси — в 15 раз. Дальнейшее увеличение концентрации нитрата
гадолиния вызывало новый всплеск в повышении концентрации молекуляр-
молекулярных продуктов радиолиза.
Таким образом, установлено, что нитрат гадолиния в водных растворах
является радиационно-стойким химическим соединением и может быть ис-
использован в качестве поглотителя нейтронов при жидкостном регулировании
реактивности низкотемпературных ядерных реакторов. В качестве газовой
«подушки» компенсатора объёма можно использовать азот или воздух. При
радиолизе воды в присутствии нитрата гадолиния в открытой системе с дега-
дегазацией выделения газовой фазы не наблюдается [4].
Правда, тут применение изотопов Gd собственно в ТВЭл-ах почему-то не рассматривается.