Запертого состояния

Нейтроны, образующиеся при делении ядра, подразделяются на мгновенные и запаздывающие. Мгновенные нейтроны, составляющие более 99%, выделяются за 10~14 с с энергией 0,1— 10 МэВ (в среднем 2— 3 МэВ), запаздывающие — менее 1 % и выделяются через 12,4 с. Несмотря на это,, роль запаздывающих нейтронов в управлении процессом деления очень велика, что впервые доказали советские ученые Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон в 1940 г. Использование запаздывающих нейтронов вместо мгновенных позволяет плавно регулировать мощность ядерного реактора автоматической системой управления. Наряду с осколками при

и могут распадаться с выделением нейтрона. Однако этот распад не происходит мгновенно после образования этих ядер; он происходит обычно по истечении какого-то среднего времени жизни. В табл. 7.1 перечислены важные группы запаздывающих нейтронов, которые были определены при делении основных делящихся изотопов. И хотя эти нейтроны не составляют значительной доли в общем числе нейтронов деления, они очень важны при оценке общих рабочих характеристик энергетических реакторов.

Таблица 7.1. Характеристики запаздывающих нейтронов при делении на тепловых нейтронах

Измерение нейтронов наиболее просто осуществить с помощью ре- гистрации продуктов их реакций с § материалами, имеющими высокие § сечения взаимодействия, такими, 5. как бор (или ВРз) в ионизационных ^-камерах и уран в камерах деления. Ч Быстрые нейтроны с помощью воды или парафина, размещенных между пробой и детектором, обычно замед-ляются до тепловой энергии с по- следующей регистрацией. Важную ^ роль в нейтронных .измерениях играет так называемый детектор запаздывающих нейтронов, используемый при обнаружении топлив-

Запаздывающие нейтроны обычно разбиваются по периоду полураспада на 6 групп. Две из них достаточно долгоживущие и могут быть использованы для измерения утечки продуктов деления из твэла. В табл. 5.8 указаны выходы и периоды полураспада запаздывающих нейтронов в этих группах, а также суммарный выход нейтронов при делении.

Выход запаздывающих нейтронов на одно деление, вызванное тепловыми

Теория определения местоположения поврежденного твэла в реакторе типа PWR разработана достаточно подробно [41, 42]. Применение системы регистрации запаздывающих нейтронов демонстрировалось в серии испытаний с поврежденными образцами твэлов в Х-1 петле реактора NRX. В кипящих реакторах основная часть газовой активности выносится из реактора с паром. Поэтому отбор пробы пара над горючим и анализ его газовой активности дают возможность получить сигнал с низким

Схема обнаружения на реакторе Шиппингпорт состоит из пробоотборной линии на выходе из каждой топливной сборки, проходящей через многопозицирнный поворотный клапан к одному из двух счетчиков запаздывающих нейтронов. Пробы из топливных сборок отбираются поочередно. Анализ продуктов деления в реакторе, а также рост общей активности при запуске указывали на наличие в твэлах реактора небольших дефектов [47].

Однако показания детектора запаздывающих нейтронов при работе в стационарном режиме были недостаточны для определения положения поврежденного твэла. Дефект был обнаружен при запусках с помощью соединения датчиков с парами топливных сборок. Исследование подозреваемой сборки после извлечения из реактора показало наличие небольшого дефекта.

Величину Д/С=/С—1 называет реактивностью реактора. ЕСЛИ К>1, то реактивность положительна и мощность реактора увеличивается, если /С<1, то реактивность отрицательна и мощность уменьшается. Если реактивность постоянная, то относительный прирост мощности AN/(NAT) за некоторое время Дт не зависит от времени. Величину T=[AN/(NAt)]-1, обратную относительной скорости приращения мощности, называют периодом реактора. Период численно равен времени, за которое нейтронный поток в реакторе (при постоянной относительной скорости) увеличивается в е=2,718... раз. Значение периода зависит от внесенной реактивности. При этом существенную роль играют так называемые запаздывающие нейтроны, что было отмечено еще в 1940 г. выдающимися советскими учеными Я. Б. Зельдовичем и Ю. Б. Харитоном. При делении ядра непосредственно выделяются не все нейтроны: небольшая их часть (0,7% для 235U; 0,4% для 239Ри) выделяется при радиоактивных превращениях осколков разделившегося ядра. Долю запаздывающих нейтронов обозначают р. Наличие запаздывающих нейтронов приводит к тому, что при внесении относительно небольшой положительной реактивности (АК<^.$) относительная скорость прироста мощности мала (период велик) и реактором легко можно управлять. При внесении больших реактивностей Д/С>р относительные скорости велики (период мал). В табл. 11.1 приведены значения периода при различных значениях Д/С/р (для реактора типа ВВЭР).

ность внесения положительной реактивности, сравнимой с долей запаздывающих нейтронов р. Это достигается различными конструктивными и организационными мероприятиями. В частности, нормативные документы устанавливают (13, 14], что положительная реактивность, вводимая исполнительными органами в 1 с, не должна превышать 0,07(3 (реальная скорость ввода положительной реактивности при работе одной рабочей группы исполнительных органов реактора ВВЭР составляет около 0,02р/с). Если движение всех регулирующих органов реактора может привести к скорости ввода положительной реактивности, превышающей значение 0,07р/с, электрическая схема системы управления должна исключать возможность их одновременного движения в этом направлении. Ограничивается также максимальная реактивность, вносимая одним регулирующим органом, которая должна быть менее 0,7р. Кроме того, при ручном управлении органами регулирования со значительной реактивностью предусматривается их шаговое движение, т. е. при нажатии кнопки орган движется в течение определенного времени (обычно до ввода реактивности 0,1—0,2(5), а затем останавливается. Для повторного запуска органа требуется отпустить и вновь нажать кнопку. Такой алгоритм управления снижает вероятность ввода большой положительной реактивности в результате неправильных действий оператора.

— ток управления /упр — наименьший ток в цепи управляющего электрода динистора, при котором прибор переходит из запертого состояния в открытое;

При поступлении на общий вход схемы в момент времени t\ импульса отрицательной полярности малой длительности состояние запертого транзистора 7*2 не изменится, однако транзистор Т\ выйдет из состояния насыщения (рабочая точка транзистора переходит из области насыщения на границу с активной областью) и восстановятся его усилительные свойства. При этом коллекторный ток /К уменьшается, а напряжение на коллекторе повышается. Положительное приращение коллекторного напряжения через резистор R передается на базу транзистора 7*2. Когда это приращение напряжения компенсирует напряжение смещения на базе транзистора 7*2, последний выходит из запертого состояния и его усилительные свойства восстанавливаются. С этого момента, когда выполняются условия самовозбуждения (5.4) и (5.5), начинается процесс опрокидывания триггера.

Для запертого состояния ключа, при котором /с = 0, а ис=Ес, необходимо подать на затвор транзистора напряжение «3 < ^зи ото .

достаточно большого отрицательного напряжения — насыщен. Положительное напряжение на базе, необходимое для обеспечения запертого состояния транзистора, создается не внешним сигналом, а источником постоянного напряжения смещения -\-Еом, питающего базовую цепь каскада.

Скорость восстановления запертого состояния прибора подчиняется тем же закономерностям, которые были рассмотрены в § 2-9, и потому кривые восстановления электрической прочности прибора, приводившиеся на 2-22—2-24, могут до известной степени служить критерием скорости восстановления запирающих свойств сетки (запертого состояния тиратрона).

Восстановление запертого состояния тиратрона по анодной цепи не обеспечивает еще в полной мере готовности тиратрона к его открытию в момент подачи очередного сигнала управления. Это может быть вызвано процессами в цепи подготовительного разряда, от которого зависит требующееся значение сеточного тока. В большей мере это касается тиратронов с токовым управлением, у которых ток подготовительного разряда относительно невелик. Дело в том, что при горении основного разряда напряжение на электродах подготовительного разряда снижается против нормального значения &Uai до уровня ЛС/П*, как это показывает начальный горизонтальный участок на осциллограмме напряжения, приведенной на 2-57, а. Это объясняется притоком в плазму подготовительного разряда зарядов, диффундирующих из основного разряда. В момент гашения основного разряда

Анодно-сеточная характеристика определяет границу перехода от запертого состояния тиратрона к открытому его состоянию. При потенциалах, более отрицательных (с учетом возможного разброса характеристики), тиратрон надежно заперт, а при потенциалах, менее отрицательных либо более положительных, он открывается.

Основными статическими параметрами тиристора, определяемыми из его вольт-амперной характеристики, являются: номинальный прямой ток /ан включенного тиристора при номинальных условиях эксплуатации; номинальное прямое падение напряжения ДЕ/а.н — падение напряжения на тиристоре при номинальном токе; допустимое номинальное обратное напряжение [/„ер „, которое можно длительно прикладывать к тиристору при его эксплуатации; напряжение включения 1/ВЮ] — наименьшее прямое напряжение, осуществляющее переключение тиристора из запертого состояния в открытое при разомкнутой цепи управления; ток выключения /BbIO — минимальный прямой ток, поддерживающий тиристор во включенном состоянии непосредственно после его включения и прекращения управляющего импульса; ток удержания 1уи — минимальный прямой ток, который при разомкнутой цепи управления не приводит к выключению тиристора.

Роль тока управления заключается в том, что он уменьшает напряжение переключения тиристора. Если /у становится достаточно большим, то напряжение переключения снижается до нескольких вольт. Поэтому при подаче импульса тока управления тиристор, находящийся под анодным напряжением, мгновенно переключается, т. е. из запертого состояния переходит в состояние полной проводимости и остается в нем и после снятия импульса тока управления.

В последние годы все большее применение находят диоды, основанные на выпрямляющем действии контакта металл — полупроводник — так называемые диоды Шоттки. В отличие от обычных точечных диодов, у которых контакт осуществляется прижимом металлической иглы, у диодов Шоттки контакт представляет собой тонкую пленку металла (золото, никель, алюминий, платина, вольфрам, молибден, ванадий и др.). Как было показано выше (параграф 3.8), приборы, использующие контакт металл — полупроводник, работают на основных носителях заряда, что позволяет существенно уменьшить их инерционность, а следовательно, повысить быстродействие. Время переключения диодов Шоттки из запертого состояния в открытое и наоборот определяется малой величиной барьерной емкости, которая обычно не превышает 0,01 пФ.

Для повышения помехоустойчивости и выравнивания входных сопротивлений транзисторов в цепи баз включают дополнительные резисторы с сопротивлением порядка нескольких сотен ом ( 11.9). В этом случае образуется схема типа РТЛ, принцип работы которой и выполняемые ею логические функции ничем не отличаются от рассмотренной выше схемы типа ТЛНС. Следует, однако, отметить, что схемы типа РТЛ имеют относительно небольшое быстродействие. Объясняется это тем, что участок база — эмиттер каждого транзистора обладает заметной паразитной емкостью (показано пунктиром на 11.9). При поступлении входного сигнала эта емкость заряжается через соответствующий базовый резистор. Постоянная времени заряда (т = RC) при достаточно большом сопротивлении базового резистора может превысить длительность входного сигнала. В результате происходят искажения формы входного сигнала, затягивание процесса отпирания транзистора и.снижение быстродействия схемы. Для устранения этого недостатка базовые резисторы шунтируют конденсаторами ( 11.10). Схемы такого типа называются схемами РЕТЛ. В момент переключения конденсаторы (их называют ускоряющими) на некоторое время закорачивают резисторы и тем самым как бы исключают их из схемы. Поэтому постоянная времени заряда паразитных базовых емкостей резко уменьшается, а время переключения транзисторов из запертого состояния в открытое и наоборот заметно сокращается.