Методические указания к выполнению курсовой работы и домашнего задания по дисциплине «Нейтронно-физические процессы в ядерных реакторах»./ Волгодонский ин-т ЮРГТУ. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. 29 с.
Приведены методики расчетов ячеек ТВС, коэффициента размножения нейтронов, нейтронных полей в активной зоне реактора.
Методические указания предназначены для организации самостоятельной работы студентов 4 курсов дневной и вечерней форм обучения специальностей: 1005 «Тепловые электрические станции»; 101300 «Котло- и реакторостроение» при выполнении курсовой работы и домашнего задания по дисциплине «Нейтронно-физические процессы в ядерных реакторах».
Пояснительная записка должна содержать сведения о задаче, ее исходные данные, результаты расчета объемных долей, ядерных концентраций, микро- и макроскопических сечений, числа нейтронов на акт поглощения, коэффициента размножения на быстрых нейтронах, вероятности избежать резонансного захвата и поглотиться в топливе, коэффициентов размножения в бесконечной и ограниченной среде, материальных параметров и оптимального шага ТВС в активной зоне, размеров реактора и анализ зависимостей Кэф(tТВС) и Кэф(b). Расчеты производить с помощью программы Mathсad. Результаты оформляются в виде таблиц и графиков с пояснениями.
После выполнения курсовой работы (домашнего задания) сделать вывод о проделанной работе.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Основные задачи для реакторов любого типа касаются определения физических характеристик собственно реактора - устройства для осуще-ствления цепной реакции деления ядер. К таким характеристикам относятся:
- масса загружаемых, делящихся нуклидов, обеспечивая необходимую реактивность реактора и длительность его кампании;
- параметры органов регулирования этой реактивности;
- распределение энерговыделения по объему реактора.
Физические расчеты реакторов с любым спектром нейтронов могут быть сведены к двум основным операциям:
- подготовке макроскопических сечений для каждой области реактора, осуществляемой в гетерогенных реакторах, например путем расчета ячеек;
- расчету реактора, т.е. к определению Кэф и пространственного распределения плотности потока нейтронов Ф.
Активная зона гетерогенного реактора составляется из ТВС (рис.1), располагаемых в большинстве случаев по правильной квадратной или треугольной сетке.
В реакторе на тепловых нейтронах ТВС окружены замедлителем, в котором быстрые нейтроны замедляются до тепловой энергии. Тепловые нейтроны поглощаются преимущественно в ТВС (в топливе и конструкционных материалах). Плотность потока тепловых нейтронов максимальна в замедлителе между соседними ТВС и уменьшается по направлению к центру ТВС, достигая там минимума (рис. 2, а).
Распределение плотности потока нейтронов получается в результате расчета ячейки реактора (рис. 2, а,б). Основной расчет ячеек может быть осуществлен путем расчета ячейки, относящейся к ТВС или ячейки, относящейся к твэлу.
1 - узел сцепления пучка ПЭЛ со штангой СУЗ; 2 – ПЭЛ; 3 - головка ТВС (подвижная часть); 4 - пружинные блоки; 5 - конусообразная перфорированная часть головки ТВС; 6 – твэл; 7 - дистанционирующая решетка; 8 - хвостовик ТВС; 9 - штырь для установки ТВС в плане
ЗАДАНИЕ
Активная зона с отражателем (рис.3) набрана из однотипных тепловыделяющих сборок (ТВС), размещенных по сетке с шагом tТВС. Между кожухами кассет находится замедлитель 3 (рис. 4). Внутри кожуха 1 с шагом tТВ по сетке размещаются цилиндрические твэлы 4 (рис. 4). В твэлах ядерное топливо 1 заключено в оболочку 2 толщиной S (рис. 5). Между твэлами через кожух прокачивается теплоноситель 2 (рис. 4).
Определить:
- оптимальный (по отношению к критической загрузке) шаг расстановки ТВС в активной зоне ;
- по заданной тепловой мощности NТ и средней плотности теплового потока найти объем активной зоны VАЗ для оптимального шага ;
- для реактора с оптимальным шагом и объемом активной зоны VАЗ найти эффективную добавку отражателя, а также вычислить КЭФ – эффективный коэффициент размножения.
Исходные данные для вариантного расчета представлены в прил. 6.
ПОРЯДОК РАСЧЕТА
Расчет ячейки ТВС
Определяются размеры ячейки, начав с плотной упаковки ТВС в активной зоне.
Объем ячейки твэла на 1 см
.
Объем внутри кожуха ТВС
,
где nТВ – число твэлов в ТВС.
Размер под ключ внутренней области
.
Размер кожуха под ключ
,
где dкж - толщина кожуха.
Объем кожуха
.
Объем одного твэла и всех твэлов в ТВС
; .
Объем теплоносителя
.
Объем топлива в твэле и суммарный по ТВС
; .
Объем покрытия одного твэла и всех твэлов в ТВС
; .
Объем замедлителя в ТВС:
в первом расчете Vзам = 0, затем изменяется до оптимального значения ; на один твэл приходится
.
Объем ячейки ТВС
.
Шаг ТВС в активной зоне (для реактора типа РБМК шагом необходимо задаваться):
.
Таблица 1
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Сечения взаимодействия нейтронов с ядрами при ТН.Г.=293,6 К (sа, sf, str) и при Е=1 эВ (xsS)
Параметр
233U
235U
238U
239Pu
240Pu
241Pu
Кислород
Осколки
10В
gi, г/см2
18,7
18,7
18,7
19,74
19,74
19,74
143× 10-5
-
2,45
Ni, 1024 см-3
0,0484
0,0473
0,0492
0,0492
0,0492
0,0492
5,38× 10-5
-
0,136
sаi, 10-24 см2
2,71
20× 10-5
sfi, 10-24 см2
stri, 10-24 см2
12,5
9,5
3,6
-
3,7
xssi, 10-24 см2
0,107
0,126
0,075
0,083
0,25
0,09
0,45
-
0,67
Параметр
Zr
Al
Mg
Fe
Сталь
С
Ве
Н2О
D2O
gi, г/см2
6,44
2,7
1,74
7,86
7,9
1,6
1,84
0,997
1,1
Ni, 1024 см-3
0,0425
0,063
0,0431
0,0848
0,085
0,083
0,123
0,0334
0,0331
sаi, 10-24 см2
0,23
0,241
0,069
2,53
2,89
373× 10-5
0,01
0,664
0,0012
stri, 10-24 см2
6,14
1,37
3,5
11,3
4,42
5,58
8,16
xssi, 10-24 см2
0,135
0,1
0,28
0,404
0,37
0,742
1,25
5,35
Приложение 2.
Вероятность Р0 для нейтрона испытать первое столкновение внутри твэла
Str1
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
1,1
1,3
1,5
1,7
1,9
P0
0,12
0,27
0,41
0,5
0,57
0,63
0,66
0,7
0,73
0,76
Приложение 3
Ядерные данные и нейтронные сечения.
Эле-мент
i
Плот-ность
gi,
г/см3
Моляр-ная
масса
Аri,
а.е.м
Ядерная
концен-трация
Ni,
1024см-3
Сечения в тепловой области,
10-24 см2
Сечения в области быстрых нейтронов,
10-24 см2
sfi
Для расчета
φ8
Для расчета
τ
Для расчета
μ
Ii
O
0,00143
15,995
5,38×10-5
2,0×10-4
2×10-4
0,46
0,43
3,6
0,003
1,9
1,9
He
17,8×10-5
4,003
2,68×10-5
0,007
0,007
0,66
-
-
-
-
-
-
-
-
H2O
0,997
18,011
0,0334
0,661
0,661
57,6
40,4
18,1
9,5
-
-
-
-
D2O
1,1
20,023
0,0301
0,0011
0,0011
10,8
5,3
5,3
8,1
-
-
-
-
Be
1,84
9,012
0,123
0,01
0,01
6,5
1,25
0,95
4,3
-
-
-
-
Al
2,7
26,982
0,0603
0,241
0,241
1,4
0,1
0,18
0,24
3,2
0,002
2,05
0,65
2,7
C
1,6
12,0
0,0803
0,0037
0,0037
4,5
0,75
0,65
3,7
Zr
6,44
91,22
0,0425
0,185
0,185
0,14
0,14
6,1
0,004
2,95
1,35
4,3
Сталь
7,9
-
0,085
2,8
2,8
12,3
0,37
2,5
0,37
10,3
-
-
-
135Xe
0,00585
2,6×10-5
2,72×106
-
4,3
-
-
-
-
-
-
-
-
149Sm
7,75
0,0313
4,08×104
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Шлаки
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
232Th
11,5
0,03
7,56
7,56
12,5
0,11
0,08
0,13
2,43
0,04
4,5
3,03
7,7
233U
18,51
0,0479
8,3
2,49
0,11
0,11
14,7
1,85
2,78
0,03
4,5
1,32
7,7
235U
18,7
0,0479
8,3
2,42
0,09
0,05
7,8
1,25
2,79
0,04
4,5
1,91
7,7
238U
18,94
0,0479
2,71
2,71
8,3
0,07
0,06
7,7
0,58
2,86
0,02
4,5
2,6
7,7
239Pu
19,74
0,0479
9,6
2,87
0,08
0,07
1,97
3,27
0,03
4,65
1,25
7,9
240Pu
19,82
0,0479
0,1
286,1
9,6
-
0,27
0,04
4,5
1,62
3,24
0,04
4,45
1,59
7,7
241Pu
19,9
0,0479
9,6
2,96
0,08
0,04
3,7
1,4
3.41
0,02
4,65
1,83
7,9
242Pu
19,94
0,0479
0,2
30,2
9,6
-
0,08
0,03
1,23
3,3
0,03
4,55
2,0
7,8
236U
18,78
0,0479
8,3
0,08
0,03
0,9
2,83
0,05
4,5
2,25
7,7
234U
18,62
0,0479
0,65
105,6
8,3
-
0,08
0,03
3,6
1,52
2,77
0,04
4,5
2,64
7,7
10B
2,22
0,148
3,8
-
-
-
-
-
-
-
-
-
11B
2,45
0,148
3,8
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Приложение 4.
Функции Бесселя первого и второго рода нулевого и первого порядка.
х
J0(x)
J1(x)
Y0(x)
Y1(x)
0,0
1,0000
0,0000
-¥
-¥
0,1
0,9975
0,0499
-1,5342
-6,4589
0,2
0,9900
0,0995
-1,0811
-3,3238
0,3
0,9776
0,1483
-0,8072
-2,2931
0,4
0,9603
0,1960
-0,6060
-1,7808
0,5
0,9384
0,2422
-0,4445
-1,4714
0,6
0,9120
0,2867
-0,3085
-1,2603
0,7
0,8812
0,3289
-0,1906
-1,1032
0,8
0,8462
0,3688
-0,0868
-0,09781
0,9
0,8075
0,4059
-0,0056
-0,8731
1,0
0,7651
0,4400
0,0882
-0,7812
1,1
0,7196
0,4709
0,1621
-0,6981
1,2
0,6711
0,4982
0,2280
-0,6211
1,3
0,6200
0,5220
0,2865
-0,5485
1,4
0,5668
0,5419
0,3378
-0,4791
1,5
0,5118
0,5579
0,3824
-0,4123
1,6
0,4554
0,5698
0,4204
-0,3475
1,7
0,3979
0,5777
0,4520
-0,2847
1,8
0,3399
0,5815
0,4774
-0,2236
1,9
0,2818
0,5811
0,4968
-0,1644
2,0
0,2238
0,5767
0,5103
-0,1070
2,1
0,1666
0,5682
0,5182
-0,0516
2,2
0,1103
0,5559
0,5207
0,0014
2,3
0,0555
0,5398
0,5180
0,0522
2,4
0,0025
0,5201
0,5104
0,1004
2,5
-0,0483
0,4970
0,4980
0,1459
2,6
-0,0968
0,4708
0,4813
0,1883
2,7
-0,1424
0,4416
0,4605
0,2276
2,8
-0,1850
0,4097
0,4359
0,2635
2,9
-0,2243
0,3754
0,4079
0,2959
3,0
0,2600
0,3390
0,3768
0,3246
3,1
-0,2920
0,3009
0,3431
0,3496
3,2
-0,3201
0,2613
0,3070
0,3707
3,3
-0,3442
0,2206
0,2690
0,3878
3,4
-0,3642
0,1792
0,2296
0,4010
3,5
-0,3801
0,1373
0,1890
0,4101
3,6
-0,3917
0,0954
0,1477
0,4153
3,7
-0,3992
0,0538
0,1060
0,4166
3,8
-0,4025
0,0128
0,0645
0,4141
3,9
-0,4018
-0,0272
0,0233
0,4078
4,0
-0,3971
-0,0660
-0,0169
0,3979
4,1
-0,3886
-0,1032
-0,0560
0,3845
4,2
-0,3765
-0,1386
-0,0937
0,3680
4,3
-0,3610
-0,1718
-0,1295
0,3483
4,4
-0,3422
-0,2027
-0,1633
0,3259
х
J0(x)
J1(x)
Y0(x)
Y1(x)
4,5
-0,3205
-0,2310
-0,1947
0,3009
4,6
-0,2961
-0,2565
-0,2234
0,2737
4,7
-0,2693
-0,2790
-0,2493
0,2445
4,8
-0,2404
-0,2984
-0,2723
0,2135
4,9
-0,2097
-0,3146
-0,2920
0,1812
5,0
-0,1775
-0,3275
-0,3085
0,1478
5,1
-0,1443
-0,3370
-0,3216
0,1137
5,2
-0,1102
-0,3432
-0,3312
0,0791
5,3
-0,0758
-0,3459
-0,3374
0,0445
5,4
-0,0412
-0,3453
-0,3401
0,0101
5,5
-0,0068
-0,3414
-0,3394
-0,0237
5,6
0,0269
-0,3343
-0,3354
-0,0568
5,7
0,0599
-0,3241
-0,3281
-0,0887
5,8
0,0917
-0,3110
-0,3177
-0,1192
5,9
0,1220
-0,2951
-0,3043
-0,1480
6,0
0,1506
-0,2766
-0,2881
-0,1750
6,1
0,1772
-0,2558
-0,2694
-0,1998
6,2
0,2017
-0,2339
-0,2483
-0,2222
6,3
0,2238
-0,2080
-0,2250
-0,2422
6,4
0,2433
-0,1816
-0,1999
-0,2595
6,5
0,2600
-0,1538
-0,1732
-0,2740
6,6
0,2740
-0,1249
-0,1452
-0,2857
6,7
0,2850
-0,0953
-0,1161
-0,2944
6,8
0,2930
-0,0652
0,0864
-0,3001
6,9
0,2981
-0,0349
-0,0562
-0,3022
7,0
0,3000
-0,0046
-0,0259
-0,3026
7,1
0,2990
0,0251
0,0041
-0,2994
7,2
0,2950
0,0543
0,0338
-0,2934
7,3
0,2882
0,0825
0,0627
-0,2845
7,4
0,2785
0,1046
0,0906
-0,2731
7,5
0,2663
0,1352
0,1173
-0,2591
7,6
0,2516
0,1542
0,1424
-0,2428
7,7
0,2345
0,1813
0,1658
-0,2243
7,8
0,2154
0,2013
0,1872
-0,2038
7,9
0,1943
0,2191
0,2065
-0,1817
8,0
0,1716
0,2346
0,2235
-0,1580
8,1
0,1475
0,2476
0,2380
-0,1331
8,2
0,1222
0,2579
0,2501
-0,1072
8,3
0,0960
0,2657
0,2595
-0,0805
8,4
0,0691
0,2707
0,2662
-0,0534
8,5
0,0419
0,2731
0,2702
-0,0261
8,6
0,0146
0,2727
0,2724
0,0010
8,7
-0,0125
0,2697
0,2699
0,0280
8,8
-0,0392
0,2640
0,2658
0,0543
8,9
-0,0652
0,2559
0,2591
0,0798
9,0
-0,0903
0,2453
0,2499
0,1043
9,1
-0,1142
0,2324
0,2383
0,1274
х
J0(x)
J1(x)
Y0(x)
Y1(x)
9,2
-0,1367
0,2174
0,2244
0,1491
9,3
-0,1576
0,2004
0,2085
0,1690
9,4
-0,1767
0,1816
0,1907
0,1871
9,5
-0,1939
0,1612
0,1712
0,2031
9, 6
-0,2089
0,1395
0,1501
0,2170
9,7
-0,2217
0,1166
0,1278
0,2286
9,8
-0,2322
0,0928
0,1045
0,2378
10,0
-0,2403
0,0683
0,0803
0,2446
10,1
-0,2490
0,0183
0,0306
0,2508
10,2
-0,2496
-0,0066
0,0055
0,2501
10,3
-0,2477
-0,0313
-0,0192
0,2470
10,4
-0,2433
-0,0554
-0,0437
0,2415
10,5
-0,2366
-0,0788
-0,0675
0,2337
10,6
-0,2276
-0,1012
-0,0904
0,2236
10,7
-0,2164
-0,1223
-0,1121
0,2114
10,8
-0,2032
-0,1421
-0,1326
0,1972
10,9
-0,1880
-0,1603
-0,1515
0,1813
11,0
-0,1711
-0,1767
-0,1688
0,1637
11,1
-0,1527
-0,1913
-0,1872
0,1446
11,2
-0,1329
-0,2038
-0,1977
0,1243
11,3
-0,1120
-0,2142
-0,2091
0,1029
11,4
-0,0902
-0,2224
-0,2182
0,0807
11,5
-0,0676
-0,2283
-0,2252
0,0579
11,6
-0,0446
-0,2320
-0,2298
0,0347
11,7
-0,0213
-0,2333
-0,2321
0,0114
11,8
0,0019
-0,2322
-0,2321
-0,0117
11,9
0,0250
-0,2289
-0,2298
-0,0347
12,0
0,0476
-0,2234
-0,2252
-0,0570
12,1
0,0696
-0,2157
-0,2184
-0,0787
12,2
0,0907
-0,2059
-0,2095
-0,0994
12,3
0,1107
-0,1942
-0,1985
-0,1189
12,4
0,1295
-0,1807
-0,1857
-0,1371
12,5
0,1468
-0,1654
-0,1712
-0,1538
12,6
0,1626
-0,1487
-0,1550
-0,1688
12,7
0,1765
-0,1306
-0,1374
-0,1821
12,8
0,1887
-0,1114
-0,1187
-0,1934
12,9
0,1988
-0,0912
-0,0988
-0,2028
13,0
0,2069
-0,0703
-0,0782
-0,2100
13,1
0,2128
-0,0488
-0,0569
-0,2152
13,2
0,2166
-0,0270
-0,0352
-0,2181
13,3
0,2182
-0,0051
-0,0133
-0,2189
13,4
0,2177
0,0165
0,0084
-0,2175
13,5
0,2149
0,0380
0,0300
-0,2140
13,6
0,2101
0,0589
0,0512
-0,2083
13,7
0,2032
0,0791
0,0716
-0,2007
13,8
0,1943
0,0983
0,0912
-0,1911
13,9
0,1835
0,1165
0,1098
-0,1797
х
J0(x)
J1(x)
Y0(x)
Y1(x)
14,0
0,1710
0,1333
0,1271
-0,1666
14,1
0,1596
0,1487
0,1431
-0,1519
14,2
0,1413
0,1626
0,1575
-0,1359
14,3
0,1244
0,1747
0,1702
-0,1186
14,4
0,1064
0,1850
0,1812
-0,1002
14,5
0,0885
0,1934
0,1903
-0,0810
14,6
0,0678
0,1998
0,1974
-0,0611
14,7
0,0476
0,2042
0,2025
-0,0407
14,8
0,0270
0,2065
0,2055
-0,0201
14,9
0,0063
0,2068
0,2054
0,0005
15,0
0,0142
0,2051
0,2054
0,0210
15,1
0,0345
0,2013
0,2023
0,0412
15,2
0,0544
0,1955
0,1972
0,0609
15,3
0,0736
0,1878
0,1901
0,0798
15,4
0,0919
0,1784
0,1812
0,0978
15,5
0,1092
0,1672
0,1706
0,1147
15,6
0,1253
0,1544
0,1583
0,1304
15,7
0,1400
0,1402
0,1445
0,1447
15,8
0,1533
0,1246
0,1294
0,1574
15,9
0,1649
0,1080
0,1131
0,1686
При больших значениях аргумента можно использовать следующие аимптотические разложения функций Бесселя первого рода нулевого и первого порядка:
Приложение 5.
Модифицированные функции Бесселя первого и второго рода
infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 216.73.216.38 (0.013 с.)