Мощность остаточного энерговыделения.

Оста́точное тепловыделе́ние (остаточное энерговыделение) — специфическая особенность ядерного топлива, заключающаяся в том, что, после прекращения цепной реакции деления и обычной для любого энергоисточника тепловой инерции, выделение тепла в реакторе продолжается ещё долгое время, что создаёт ряд технически сложных проблем, непосредственно связанных с ядерной безопасностью.

Остаточное тепловыделение является следствием β- и γ-распада продуктов деления, которые накопились в топливе за время работы реактора, а также α-распада и β-распада актиноидов. Ядра продуктов деления вследствие распада переходят в более стабильное или полностью стабильное состояние с выделением значительной энергии.

Хотя мощность остаточного тепловыделения быстро спадает до величин, малых по сравнению со стационарными значениями, в мощных энергетических реакторах она значительна в абсолютных величинах. По этой причине остаточное тепловыделение влечёт необходимость длительное время обеспечивать теплоотвод от активной зоны реактора после его останова. Эта задача требует наличия в конструкции реакторной установки систем расхолаживания с надёжным электроснабжением, а также обуславливает необходимость длительного (в течение 3-4 лет) хранения отработавшего ядерного топлива в хранилищах со специальным температурным режимом — бассейнах выдержки, которые обычно располагаются в непосредственной близости от реактора.

Тепловая мощность

После остановки реактора даже в отсутствие цепной реакции тепловыделение продолжается за счет радиоактивного распада накопленных продуктов деления и актиноидов. Выделяемая после остановки мощность зависит от количества накопленных продуктов деления, для её расчёта используются формулы, предложенные различными учёными. Наибольшее распространение получила формула Вэя—Вигнера. Исходя из неё мощность остаточного тепловыделения уменьшается по закону:

{\displaystyle {\frac {W_{\beta ,\gamma }}{W_{0}}}=6,5\cdot 10^{-2}\cdot \left[\tau _{c}^{-0,2}-\left(\tau _{c}+T\right)^{-0,2}\right]} , где:

• {\displaystyle W_{\beta ,\gamma }} — мощность остаточного тепловыделения реактора через время {\displaystyle \tau _{c}} после его останова;
• {\displaystyle W_{0}} — мощность реактора до останова, на которой он работал в течение времени {\displaystyle T}
• время выражено в секундах (существуют формулы, имеющие несколько другой вид, где время выражено в сутках)

На начальном этапе после останова, когда {\displaystyle \tau _{c}\ll T} , можно использовать упрощённую зависимость:

{\displaystyle W_{\beta ,\gamma }=6,5\cdot 10^{-2}\cdot W_{0}\cdot \tau _{c}^{-0,2}}

Таким образом после останова остаточное энерговыделение составит примерно:

Формула Уинтермайера—Уэллса позволяет учитывать вклад распада ²³⁵U и ²³⁹Pu в остаточное тепловыделение:

{\displaystyle Q(T,\tau _{c})=10\left\{\left(\tau _{c}+10\right)^{-0,2}-\left(\tau _{c}+T+10\right)^{-0,2}-0,87\left[\left(\tau _{c}+2\cdot 10^{7}\right)^{-0,2}-\left(\tau _{c}+T+2\cdot 10^{7}\right)^{-0,2}\right]\right\}}

где {\displaystyle Q(T,\tau _{c})} — в процентах от мощности до останова.

Пример расчётной кривой остаточного тепловыделения

На практике мощность остаточного тепловыделения рассчитывается индивидуально для каждой топливной загрузки.