Ниже — сжато и по пунктам: какие физические процессы исследовать, какие параметры измерять, какие уравнения/параметры важны и какие быстрые/последующие меры принять.
1) Нейтронная физика (неоднородность потока, реактивность)
- Что исследовать: форма поля нейтронного потока в канале и вокруг него, локальная реактивность (контрольные стержни, бор), эффекты геометрии и пересечений, перераспределение потока из‑за погасителей/вырождения топлива.
- Важные уравнения/зависимости:
- стационарное уравнение диффузии: $-D{\nabla }^2\varphi +{\Sigma }_a\varphi =\nu {\Sigma }_f\varphi$ - точечная кинетика (для временной оценки мощности): $\frac{dP}{dt}=\frac{\rho -\beta }{\Lambda }P+{\sum }_i{\lambda }_i{C}_i$ - мощность на единицу объёма: $q^{\prime \prime \prime }={\Sigma }_f\varphi E_f$ - Параметры и диагностика: ин‑/экс‑кор детекторы нейтронов (поток $\varphi (r,t)$), положение/статус стержней, концентрация растворённого борa (для PWR), расчёт локального коэффициента реактивности.
- Временные масштабы: время реакции на изменение реактивности ~порядок $\Lambda \sim 10^{-5}$–$10^{-4}$ с (prompt) и влияние отложенных нейтронов — секунды/минуты.
2) Теплообмен и гидродинамика (деградация теплоотвода)
- Что исследовать: локальный расход теплоносителя, скачок температуры, образование паровой фазы/локальный кипение, засоры/закупорки канала, потеря теплопроводности оболочки.
- Важные соотношения:
- тепловая нагрузка и отвод: $q^{\prime \prime }=h(T_{clad}-T_{cool})$ - тепловая плотность через нейтронный поток: $q^{\prime \prime \prime }={\Sigma }_f\varphi E_f$ (связь нейтронной и тепловой областей)
- запас по критическому тепловому потоку: DNBR ≈ $\frac{CHF}{q_{local}^{\prime \prime }}$ (следить за снижением DNBR)
- Параметры и диагностика: расходомеры, манометры, датчики давления/температуры на входе/выходе канала, локальные термопары, датчики вибрации/коррозии, радиационное поле (увеличение выбросов указывает топливный дефект).
- Временные масштабы: гидравлические изменения — секунды/минуты; образование пара и переход в двухфазный режим — мгновенно при превышении CHF.
3) Состав и состояние топлива и обшивки
- Что исследовать: выгорание/перераспределение топлива, локальный перегрев (через деградацию теплопроводности), релокация гранул, выделение газа, коррозия/работа оболочки, локальное накопление когероизотопов (Xe‑135).
- Ключевые процессы:
- допперовский эффект: ${\alpha }_D=\partial \rho /\partial T_f$ (мгновенная негативная обратная связь при нагреве топлива)
- ксеноновая кинетика (важно для часов/дней): $\frac{d{N}_{Xe}}{dt}=Y_I{\Sigma }_f\varphi -{\lambda }_{Xe}{N}_{Xe}+{\lambda }_I{N}_I-{\sigma }_{a,Xe}\varphi N_{Xe}$ - Диагностика: инспекция (радиационная/визуальная при останове), измерение выбросов радионуклидов, анализ выгорания по ПО и моделям, состояние оболочки (коррозионные маркеры).
4) Локальные механизмы ухудшения теплоотвода/повышения мощности
- Блокировка или частичное закрытие канала → снижение расхода и локальный перегрев.
- Локальное уменьшение замедляющей способности/плотности модератора → изменение поля.
- Плавающая/неравномерная адсорбция ксенона → «ксеноновый скачок» мощности.
- Аварийные газы/вода в активной зоне (для кипящих реакторов) → локальный рост/падение реактивности.
5) Рекомендуемые измерения и моделирование
- Мгновенно: карта нейтронного потока (in‑core), локальные температуры оболочки/топлива, расход и давление в канале, уровень радиации, положение стержней.
- Модели: 3D нейтронно‑теплообменное моделирование, ксенонная динамика, CFD локального канала, оценка DNBR/CHF.
- Сравнить расчётные поля с измерениями, провести sensitivity к изменению межзонных потоков и потока теплоносителя.
6) Немедленные и последующие меры по предотвращению аварии и восстановлению стабильности
- Немедленно (если превышен безопасный лимит): автоматический или ручной SCRAM (впустить управляющие стержни).
- Увеличить/восстановить расход теплоносителя в проблемном канале; открыть регулирующие клапаны, устранить механические закупорки.
- Снизить общую мощность/переключить режим работы; при PWR — корректировать борирование (если быстро доступно и безопасно).
- Проверить и при необходимости изолировать поражённый канал/топливную сборку; после остановки — инспекция/выгрузка повреждённого топлива.
- Дальнейшие действия: восстановить баланс потока (перераспределение управления), устранить источник деградации (коррозия, засорение, дефекты стержней), пересчитать локальную реактивность и тепловые запасы.
7) Ключевые приоритеты при расследовании
- Быстрая диагностика нейтронного поля и теплоносителя.
- Проверка наличия локального словления/засора и целостности оболочки.
- Оценка реактивных обратных связей (Doppler, модератор) и ксеноновой динамики.
- Моделирование для отбора корректных мер восстановления с учётом временных масштабов (мгновенные нейтронные отклики vs. часовое развитие ксенона).
Если нужно, могу кратко перечислить типовые измерители/сигналы (датчики и пороги) или дать порядок действий операторов при конкретном типе реактора (PWR/BWR/ВВЭР).