I. Расчет физических характеристик активной зоны — Мегаобучалка
Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь

I. Расчет физических характеристик активной зоны




Введение

Вариант 6

Тип (прототип) реактора   Характеристики   Ф.И.О.
    РБМК-2100 Замедлитель-графит, p=1,65 г/см3,шаг решетки a=25 см, Тс=7500К. Теплоноситель-вода под давлением P=7Мпа, TH20=5430К, pH20=0.5 г/см3 ТВЭЛЫ – стержневые с наружным охлаждением, Ттвэ=10000К Ядерное горючее– обогащенная двуокись урана х=2,6%+0,41%Er, pu=9.5 г/см3  

 

В качестве исходных данных заданы:

- Замедлитель;

- Теплоноситель;

- Ядерное горючие.

В процессе выполнения работы необходимо:

1) Оценить размеры активной зоны;

2) Рассчитать физические характеристики активной зоны реактора (коэффициент размножения нейтронов в бесконечной среде, возраст теплового нейтрона, длина диффузии) в свежем топливе;

3) Расчет изменения изотопного состава горючего для определения кампании топлива, кампании реактора (количество перегрузок);

4) Определение коэффициента размножения нейтронов в процессе выгорания и запаса реактивности реактора;

5) Определение температурного эффекта и коэффициента реактивности;

6) Компенсируемость реактора (число регулирующих стержней для компенсации рассчитанного запаса реактивности).

Исходные данные.

Тепловая мощность Qр, МВт………………………………………………………………….…5676

Электрическая мощность Nэл, МВт………………………………………………………….….2100

Шаг ячейки а, см……………………………………………………………………………………25

Высота активной зоны НАЗ, м………………………………………………………………………7

Вид топлива………………………………………………………………………………………UO2

Обогащение по U235 х235, %............................................................................................................2,6

Средняя плотность топлива γUO2, г/см3……………………………………...…………………...9,5

Замедлитель…………………………………………………………….……………………...графит

Средняя плотность графита γс, г/см3……………………………………….……………………1,65

Средняя температура графита Тс, 0К…………………………………………………………….750

Давление теплоносителя на входе в активную зону p, МПа…….………………….…………7



Удельное энерговыделение в расчете на единицу объема активной

зоны qv, МВт/м3…………………………………………………………………………….……..4,2

ТВЭЛы……………………………………………………стержневые с наружным охлаждением

Наружный диаметр оболочки твэла d2, мм………………………..…………………………..13,5

Внутренний диаметр оболочки твэла d1, мм……………………..…………………………...11,7

Диаметр топливного сердечника dUO2, мм…………………………..………………...……....11,5

Наружный диаметр центральной каркасной трубки dц.тр,2, мм……………………….……….15

Внутренний диаметр центральной каркасной трубки dц.тр,1, мм………………….……………7

Количество твэлов в одной ТВС nтвэл …………………………………………….…………….18

Наружный радиус трубы технологического канала R2, мм………………….………………..44

Внутренний радиус трубы технологического канала R1, мм…………………………………40

Число технологических каналов nтк.........................................................................................3089

 

Физический расчет

I. Расчет физических характеристик активной зоны

Поскольку реактор гетерогенный, начинаем расчет с определения объемов Vi в ячейке с шагом а = 25 см, приходящихся на 1см высоты:

Остальную часть объема ячейки занимают зазоры. Содержащийся в них газ можно в расчете не учитывать.

Определим ядерные концентрации веществ по формуле:

Вычислим теперь макроскопические параметры гомогенизированной активной зоны, нужные для оценки температуры тепловых нейтронов, а именно Σa и ξΣs. Для этого составляем таблицу 1, в которой величины σa и σs взяты при энергии E=0,025 эВ.

Таблица 1.

Вещество V,см3 ρ, 1024ядер/см3 σa, барн σs, барн ξ ξσs, барн Vρσa, см Vρξσs, см
U235 18,696 0,000551 ­­- - 7,14 -
U238 18,696 0,02064 2,71 8,3 - - 1,045 -
О 18,696 0,04238 - 3,76 0,12 0,451 - 0,357
С 564,18 0,08282 0,0034 4,75 0,16 0,76 0,158 35,51
Zr 18,351 0,04262 0,185 6,4 0,022 0,141 0,144 0,110
Er 18,696 0,0001405 576,76 0,346 0,0119 0,0041 1,51 0,0000107
H2O 22,733 0,01673 0,66 - - 42,5 0,251 16,163
S             10,248 52,14

 

 

- среднелогарифмическая потеря энергии

Замедляющая способность урана пренебрежимо мала и поэтому не учитывается.

Для гомогенизированной активной зоны вычислим макроскопические сечения, нужные для расчета температуры нейтронного газа. Пользуясь табл. 1, находим:

Полученное значение Σа=0,0163см -1 рассчитано для энергии нейтронов 0,025 эВ, что соответствует максимуму максвелловского спектра при температуре нейтронного газа 200С.

Температуру нейтронного газа оценим по формуле: .

Температура замедлителя Т0 (средняя по объему активной зоны) определяется расчетом процессов тепловыделения и теплопередачи в кладке реактора: Т0=750 0К.

Пересчитаем Σа на эту температуру, предполагая, что справедлив закон :

Следовательно,

Найдем средние сечения для тепловых нейтронов.

Границей тепловой группы Егр условно считается точка пересечения спектров Ферми и Максвелла. Эта точка определяется подбором или графически из следующего трансцендентного уравнения: , где

;

Задавшись хгр = 6, по таблицам из справочника по ядерно-физическим константам при Тn = 900 0К находим .

Средние сечения всех других элементов (в виду справедливости закона ) можно посчитать по формуле: , где F(xгр)=1,01 (определено по графику при хгр=6).

Т. е. , i = [C, Н2О, U238, О, Zr, Er]

Пересчитывая данные табл.1, получаем:

ΣагрТ) – сечение поглощения среды, усредненное по спектру Максвелла при температуре Тn в интервале энергий от нуля до Егр.

Находим: и по графику получаем, что этой величине соответствует хгр=5,9, то есть можно считать, что совпадение заданного и полученного хгр удовлетворительное. Примем в расчет , найденные для хгр=6:

;

;

;

;

;

;

Найдем транспортные сечения, усредненные по спектру Максвелла, по формуле:

Для этого найдем средний косинус угла рассеяния по формуле:

; ;

; ;

;

;

;

;

;

;

.

Для воды при расчете транспортного сечения используем особую формулу:

В гетерогенной активной зоне неоднородность потока тепловых нейтронов в ячейке может оказаться весьма существенной, что скажется, в конечном счёте, на коэффициенте размножения. Учтём эту неоднородность. Ячейка разбивается на две зоны, центральную - блок, и периферийную - замедлитель. Центральная зона гомогенизируется. Удобно принять в качестве радиуса блока наружный радиус циркониевого канала:

Условный радиус ячейки:

Таблица 2.

Вещество ,см3 ρ, 1024ядер/см3 , барн , барн ξσs, барн ρ , см ρ , см ρξσs, см
U235 18,696 0,000551 ­­- 3,378 3,275 -
U238 18,696 0,02064 1,382 9,65 - 3,723 0,533 -
О 18,696 0,04238 - 3,6 0,451 2,852 - 0,357
Zr 18,351 0,04262 0,094 6,44 0,141 5,036 0,073 0,110
H2O 22,733 0,01673 0,336 39,4 42,5 14,98 0,127 16,16
Er 18,696 0,0001405 294,14 294,48 0,0041 0,772 0,772 -
S           30,741 4,78 16,627

 

Пользуясь данными табл. 2, находим:

Теперь определяем коэффициент и длину диффузии:

Вторая зона ячейки – чистый графит. Два штриха означают, что это зона “два”.

Будем считать, что источники тепловых нейтронов распределены в каждой зоне ячейки равномерно и мощность их пропорциональна замедляющей способности зон. Мощность источников во второй зоне ячейки можно принять за единицу, тогда в первой зоне она будет равна:

В диффузионном приближении формулы для средних нейтронных потоков в первой и второй зоне ячейки имеют вид:

;

Не следует придавать какое-либо значение абсолютным величинам и размерности и , так как потоки определяются здесь с точностью до произвольного общего множителя. Для дальнейшего расчета важно только отношение:

Теперь приступим к расчету коэффициента размножения:

Коэффициент теплового использования θ вычисляем с учетом гетерогенности по формуле:

Для вычисления νа находим в справочнике при хгр=6 и Тn=9000К: .

Получаем:

Коэффициент ε будем рассчитывать с учетом гетерогенности. Пусть блоком является та же самая область ячейки, что и при расчете θ, с радиусом = 4,4см. Для расчета (это сечения, усредненные в области энергий Е>1,4Мэв) составляем табл.3, пренебрегая U-235.


 

Таблица 3.

Веще-ство , см3 ρ, 1024 , барн , барн , барн ρ , см ρ , см ρ , см νf
U238 18,696 0,02064 0,56 2,10 4,3 0,216 0,810 1,659 2,90
О 18,696 0,04238 - 0,20 1,3 - 0,158 1,030 -
Zr 18,351 0,04262 - 0,95 3,0 - 0,743 2,346 -
H2O 22,733 0,01673 - 1,52 3,0 - 0,578 1,140 -
S             2,289 6,175  

Вычисляем по данным табл.3:

На рис.4 (см. стр.33 Румянцев Г.Я.) находим вероятность первого столкновения в цилиндрическом блоке:

Учитывая, что шаг ячеек реактора довольно велик, принимаем:

 

 

Определяем ε:

Теперь рассчитаем коэффициент j - вероятность избежать резонансный захват. Для учета эффекта Доплера нужна средняя температура урана, которая должна быть найдена при расчете теплопередачи в твэлах (в нашем случае средняя температура урана является исходным данным ТU = 10000K). Блоком теперь будет называться каждый отдельный твэл без оболочки. Тогда:

Подставим все эти величины в выражение:

Отсюда:

По формуле четырех сомножителей находим:

Определим теперь усредненные диффузионные параметры для тепловой и надтепловой группы: D2, L2, D1 и τ.

 

Для тепловых нейтронов:

Σtr вычисляется методом простой гомогенизации:

Следовательно:

;

Для надтепловой группы, константы должны определяться усреднением по спектру в интервале от Eгр до 14 МэВ. В двухгрупповой теории коэффициент диффузии обычно определяют при E=1 эВ, поскольку для большинства веществ сечение в области E>1 эВ относительно слабо меняется. Для определения Σtr(1эв) составим табл.4. При этом пренебрежем поглощением всех элементов, и для простоты будем считать, что U-235 не отличается от U-238, учитывая, что вклад U-235 в величину Σtr весьма невелик. Воду можно представить как смесь ядер водорода и кислорода.

Таблица 4.

Вещество V,см3 ρ, 1024ядер/см3 σs(1эв), барн 1 - σtr(1эв), барн Vρσtr, см
U 18,696 0,02064 8,3 0,997 8,28 3,19
О 22,733 0,0167 3,8 0,958 3,64 1,38
С 564,21 0,08282 4,8 0,944 4,53 211,67
Zr 18,351 0,043 6,2 0,993 6,32 4,987
H 22,733 0,0334 20,5 0,339 6,95 5,277
Er 18,696 0,0001405 3,5 0,996 308,3 0,8098
S           227,31

В результате получим для гомогенизированной активной зоны:

Квадрат длины замедления вычисляем по формуле:

Для этого сначала найдем .

Коэффициенты Аij берем из книги Галанина А.Д. «Теория ядерных реакторов на тепловых нейтронах». Расчет удобно вести с помощью табл.5.

Таблица 5.

  i U C H2O Zr
  Vi 18,696 564,21 22,733 18,351
  γi 18,9 1,65 0,5 -
  γтабл 18,7 1,67 -
  ci 0,0302 0,891 0,0181 0,0293
j cj Коэффициенты Aij
U 0,0302 2,4 - - -
C 0,891 - -
H2O 0,0181 -
Zr 0,0293 7,3 35,4 3,7
46,75 37,51 16,68 0,108

 

По таблице находим:

Это величина соответствует нижней границе замедления Емин = 0,2 эв. В нашем случае:

следовательно, нужно убавить на величину:

Итак, для активной зоны реактора:





Читайте также:





Читайте также:
Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас...
Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной...

©2015 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.

Почему 3458 студентов выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.024 сек.)