Sluteffekten i RBMK är ett fenomen som består i en kortsiktig ökning av reaktiviteten hos en kärnreaktor (istället för den förväntade minskningen), observerad vid RBMK-1000-reaktorer före moderniseringen, när man sänker stavarna i kontroll- och skyddssystemet (CPS) från den extrema övre (eller nära den) positionen . Effekten orsakades av en misslyckad design av stavarna. Kanske var det en av faktorerna som bidrog till den katastrofala utvecklingen av Tjernobylolyckan. Efter olyckan vid kärnkraftverket i Tjernobyl ändrades utformningen av stavarna och sluteffekten eliminerades.
CPS-stavar i RBMK är placerade i kanaler som kyls av sin egen oberoende kylkrets. Huvuddelen av staven, som innehåller en neutronabsorbator av borkarbid , är 7 meter lång (höjden på reaktorhärden). Under absorbatorn finns en grafitförskjutare ansluten till den med en teleskopstång. Förskjutarens längd är ca 5 meter. När man drar ut (flyttar sig till det övre läget) staven från zonen ersätter grafitförskjutaren vattnet i CPS-kanalen, vilket gör det möjligt att undvika onödig absorption av neutroner av vatten (grafit har en betydligt lägre förmåga att absorbera neutroner jämfört med lätt vatten ) och därmed "spara" neutroner, vilket i sin tur ökar reaktorns effektivitet.
Höjden på RBMK-kärnan är 7 m och det skulle förmodligen vara bättre att göra en förskjutare av samma längd, dock är höjden på kanalen under kärnan utformad för att vara mindre och överstiger inte 5 m (~4,5). Således, om spöet är i sitt lägsta läge, finns det inget utrymme kvar för att placera en sju-meters förskjutare.
När absorbatorn är helt borttagen är 4,5-metersförskjutaren placerad i den aktiva zonen, och det återstående utrymmet under det (1,25 meter) är fyllt med vatten från CPS-kanalen. Således är grafit som svagt absorberar neutroner belägen i den centrala delen av kärnan, där antalet termiska neutroner är maximalt, och vatten, som absorberar neutroner märkbart starkare än grafit, är beläget på kärnans periferi (i dess övre och lägre delar), som kännetecknas av betydligt lägre termiska flöden, neutroner, där dess förmåga att absorbera neutroner delvis kompenseras av det "lilla antalet" av de senare.
Effekten utvecklas när staven rör sig in i kärnan från det extrema övre läget, när grafit, som svagt absorberar neutroner, vid första ögonblicket ersätter vatten i den nedre delen av CPS-kanalerna, som har en högre absorptionsförmåga. Som ett resultat skapas förutsättningar i den nedre delen av kärnan för bildandet av positiv reaktivitet och en ökning av lokal kraft. Det bör upprepas att det beskrivna området är beläget i botten av härden (ca 1 m), kännetecknat av ett lågt värde på neutronflödet (betydligt under medelvärdet för reaktorn). Samtidigt ersätter absorbatorn grafit i den översta delen av kärnan, där neutronflödestätheten kan vara ännu lägre, och den negativa reaktiviteten som införs uppifrån kanske inte kompenserar för den positiva reaktiviteten som införs underifrån.
Förhållandet mellan dessa reaktiviteter beror på flera faktorer. Volymen borkarbid som införs ovanifrån är lika med volymen vatten som undanträngts underifrån, men borinfångningstvärsnittet relaterar till det lätta väteinfångningstvärsnittet ungefär som 755:0,33 [1] , dvs ungefär ~2265 gånger högre. Den lokala reaktiviteten som introduceras på grund av sluteffekten är proportionell mot kvadraten av neutronflödet (perturbationsteori), därför bör neutronflödet från ovan vara ungefär ~50 gånger lägre för sluteffektens utseende. Under nominella reaktordriftsförhållanden inträffar detta praktiskt taget inte, och av denna anledning upptäcktes inte effekten under lång tid.
Men det finns också utbränningsfaktorn för både bränslet (som inte kan förändra neutronfältets profil till det bättre), och själva styrstaven, särskilt i dess nedre ände, som stannar kvar i reaktorn längst och fortsätter att förbli i neutronfältet även i det extrema övre läget.
Sluteffekten upptäcktes 1983 under den fysiska uppstarten av reaktorerna i den första enheten av Ignalina , såväl som den fjärde enheten av kärnkraftverket i Tjernobyl . [2] [3] Studier har visat att sluteffekten observeras när enstaka stavar sänks ner i den aktiva zonen från de övre ändbrytarna. Det har experimentellt visat sig att massinförandet av stavar (mer än 15-18 PP-stavar) uteslöt sluteffekten [2] (likväl, se [2] avsnitt 3.4).
Sluteffekten kunde ha bidragit till den katastrofala utvecklingen av Tjernobylolyckan den 26 april 1986, eftersom det är känt från de registrerade uppgifterna att reaktorn omedelbart före katastrofen hade en hög nivå av utbränning och en oacceptabelt låg operativ reaktivitetsmarginal , och sålunda var de flesta kontrollstavarna på de övre gränslägesbrytarna. I detta fall kan det massiva införandet av CPS-stavar i kärnan leda till införandet av okompenserad reaktivitet (enligt olika uppskattningar, från 0,3 till 1,1 β).
Hastigheten med vilken styrstaven sätts in spelar också roll. Med en mjuk och kontrollerad sänkning av staven kan en oväntad effektökning märkas i tid och införandet av staven kan stoppas. När nödskyddsknappen trycks in utförs införandet av stängerna så snabbt som möjligt och därför kan en stor positiv reaktivitet införas omedelbart.
På ett eller annat sätt hindrade sluteffekten styrstavarna från att stänga av reaktorn under de första sekunderna (upp till 5-6) efter bildandet av motsvarande kommando.
Efter olyckan vid kärnkraftverket i Tjernobyl moderniserades RBMK-reaktorerna, inklusive ändringar i designen av CPS-stavarna, exklusive en positiv sluteffekt. De uppgraderade CPS-stavarna hade en sju-meters deplacement och absorbator. Absorbatorn bestod av två delar - en 5 meter gammal och en 2 meter tejp en, som när teleskopet fälls ihop sätts på förskjutaren [4] .
I dagsläget är alla RBMK-reaktorer utrustade med klusterregulatorer (CRO) med en fast förskjutare (den så kallade sleeve) gjord av en aluminiumlegering som svagt absorberar neutroner. Denna deplacerare kyls från utsidan av CPS-kretsens vatten. Hål finns i den inre delen av KRO-hylsan, i vilka CPS-absorberande stavar rör sig "torrt".