Konečným efektem u RBMK je jev spočívající v krátkodobém zvýšení reaktivity jaderného reaktoru (místo očekávaného poklesu), pozorovaný u reaktorů RBMK-1000 před jejich modernizací, při spouštění táhel řídicího a ochranného systému . (CPS) z krajní horní (nebo blízko ní) polohy . Efekt byl způsoben nepovedeným návrhem tyčí. Možná to byl jeden z faktorů, který přispěl ke katastrofálnímu vývoji černobylské havárie. Po havárii v jaderné elektrárně v Černobylu byla změněna konstrukce tyčí a konečný efekt byl eliminován.
Tyče CPS v RBMK jsou umístěny v kanálech chlazených vlastním nezávislým chladicím okruhem. Hlavní část tyče obsahující absorbér neutronů z karbidu boru je dlouhá 7 metrů (výška aktivní zóny reaktoru). Pod absorbérem je grafitový vytlačovač spojený s ním teleskopickou tyčí. Délka přesuvníku je asi 5 metrů. Při vytahování (pohybu do horní polohy) tyče ze zóny nahradí grafitový vytěsňovač vodu kanálu CPS, což umožňuje vyhnout se zbytečné absorpci neutronů vodou (grafit má výrazně nižší schopnost absorbovat neutrony oproti lehká voda ) a tím „šetří“ neutrony, což zase zvyšuje účinnost reaktoru.
Výška jádra RBMK je 7 m a asi by bylo lepší vyrobit přesuvník o stejné délce, nicméně výška koryta pod jádrem je navržena menší a nepřesahuje 5 m (~4,5). Pokud je tedy tyč v nejnižší poloze, nezbývá místo pro umístění sedmimetrového přemísťovače.
Po úplném odstranění absorbéru je 4,5metrový přestavník umístěn v aktivní zóně a zbývající prostor pod ním (1,25 metru) je naplněn vodou z kanálu CPS. Grafit slabě pohlcující neutrony se tedy nachází v centrální části aktivní zóny, kde je maximální počet tepelných neutronů, a voda, která pohlcuje neutrony znatelně silnější než grafit, se nachází na periferii aktivní zóny (v její horní resp. spodní části), který se vyznačuje výrazně nižšími tepelnými toky. neutrony, kde jeho schopnost absorbovat neutrony je částečně kompenzována „malým počtem“ posledně jmenovaných.
Účinek se rozvine při pohybu tyče do jádra z krajní horní polohy, kdy grafit, který slabě pohlcuje neutrony, v prvním okamžiku nahradí vodu ve spodní oblasti kanálů CPS, která má vyšší absorpční kapacitu. Tím jsou ve spodní části aktivní zóny vytvořeny podmínky pro vznik pozitivní reaktivity a zvýšení lokálního výkonu. Je třeba zopakovat, že popsaná oblast se nachází na dně aktivní zóny (asi 1 m), vyznačující se nízkou hodnotou toku neutronů (výrazně pod průměrnou hodnotou pro reaktor). Absorbér zároveň nahrazuje grafit v nejvyšší části aktivní zóny, kde může být hustota toku neutronů ještě nižší a negativní reaktivita zaváděná shora nemusí kompenzovat pozitivní reaktivitu zaváděnou zdola.
Poměr těchto reaktivit závisí na několika faktorech. Objem karbidu boru zaváděného shora se rovná objemu vody vytlačené zdola, ale průřez pro zachycení boru se vztahuje k průřezu pro zachycení lehkého vodíku přibližně jako 755:0,33 [1] , tj. přibližně ~2265krát vyšší. Lokální reaktivita zavedená v důsledku konečného efektu je úměrná druhé mocnině toku neutronů (teorie poruch), proto, aby se projevil konečný efekt, by tok neutronů shora měl být přibližně ~50krát nižší. Za nominálních provozních podmínek reaktoru k tomu prakticky nedochází a z tohoto důvodu nebyl efekt dlouhodobě detekován.
Existuje však také faktor vyhoření jak paliva (který může změnit profil neutronového pole ne k lepšímu), tak samotné regulační tyče, zejména na jejím spodním konci, která zůstává v reaktoru nejdéle a zůstává v neutronovém poli i v krajní horní poloze.
Konečný efekt byl objeven v roce 1983 při fyzickém spouštění reaktorů 1. bloku Ignaliny a 4. bloku jaderné elektrárny Černobyl . [2] [3] Studie ukázaly, že konečný efekt je pozorován, když jsou jednotlivé tyče ponořeny do aktivní zóny z horních koncových spínačů. Experimentálně bylo prokázáno, že hromadné vkládání tyčí (více než 15-18 tyčí PP) vyloučilo konečný efekt [2] (nicméně viz [2] část 3.4).
Konečný efekt mohl přispět ke katastrofickému vývoji havárie v Černobylu 26. dubna 1986, protože ze zaznamenaných údajů je známo, že bezprostředně před katastrofou měl reaktor vysokou úroveň vyhoření a nepřijatelně nízkou rezervu provozní reaktivity . takže většina ovládacích tyčí byla na horních koncových spínačích. V tomto případě by masivní zavedení CPS tyčinek do jádra mohlo vést k zavedení nekompenzované reaktivity (podle různých odhadů od 0,3 do 1,1 β).
Důležitá je také rychlost, s jakou je ovládací tyč zasunuta. Při plynulém a kontrolovaném spouštění prutu lze včas zaznamenat nečekaný nárůst výkonu a zastavit zasouvání prutu. Po stisknutí tlačítka nouzové ochrany je zasunutí tyčí provedeno co nejrychleji, a proto může být okamžitě zavedena velká pozitivní reaktivita.
Tak či onak konečný efekt zabránil řídicím tyčím odstavit reaktor během prvních sekund (až 5-6) po vytvoření odpovídajícího příkazu.
Po havárii v jaderné elektrárně Černobyl byly reaktory RBMK modernizovány, včetně změn konstrukce tyčí CPS, s vyloučením pozitivního konečného efektu. Modernizované tyče CPS měly sedmimetrový přetlačovač a tlumič. Absorbér se skládal ze dvou částí - 5metrové staré a 2metrové páskové, která se po složení dalekohledu nasazuje na přesuvník [4] .
V současné době jsou všechny reaktory RBMK vybaveny klastrovými regulátory (CRO) s pevným displacerem (tzv. rukávem) z hliníkové slitiny slabě pohlcující neutrony. Tento vytlačovač je chlazen z vnějšku vodou okruhu CPS. Ve vnitřní části manžety KRO jsou otvory, ve kterých se pohybují tlumicí tyče CPS "na sucho".