- •Севастопольский институт ядерной энергии и промышленности
- •Основы теории ядерных реакторов Курс для эксплуатационного персонала аэс
- •Содержание
- •Перечень сокращений
- •Тема 1.
- •1.1. Строение вещества
- •1.2. Строение и характеристики атомов
- •Атомная теория раскрывает физический смысл этих характеристик в следующих основных положениях:
- •1.3. Строение ядер и свойства ядерных сил
- •1.4. Энергия связи и устойчивость ядер атомов
- •1.4.5. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра
- •1.5. Закономерность и характеристики радиоактивного распада
- •Тема 2 нейтронные ядерные реакции
- •2.2. Особенности реакции деления и их практическое значение
- •2.3. Основные характеристики нейтронных полей
- •2.4. Скорости нейтронных реакций и их характеристики
- •Тема 3 критичность реактора и условия её реализации
- •3.1. Условия осуществления критичности реактора
- •3.1.2. Эффективный коэффициент размножения и реактивность реактора
- •3.2. Нейтронный цикл в тепловом ядерном реакторе.
- •3.2.2. Нейтронный цикл и характеристики его физических процессов
- •4.1. Ядерное топливо.
- •4.2. Замедлитель.
- •4.3. Теплоноситель
- •4.4. Параметры структуры активных зон гетерогенных эяр.
- •Тема 5 замедление нейтронов в реакторе и его размножающие свойства
- •5.1. Общие начальные рассуждения
- •Вероятность избежания утечки замедляющихся нейтронов - это доля нейтронов, избежавших утечки из активной зоны при замедлении, от всех нейтронов поколения, начавших процесс замедления в активной зоне.
- •5.2. Характеристики замедляющих свойств веществ
- •5.3. Возраст нейтронов в среде
- •Величину, обратную величине транспортного смещения
- •Возраст нейтронов с энергией е - это шестая часть среднего квадрата пространственного смещения нейтрона в среде при замедлении от начальной энергии Ео до данной энергии е.
- •5.4. Уравнение возраста Ферми и его решение
- •5.5. Вероятность избежания утечки замедляющихся нейтронов
- •Спектр замедляющихся нейтронов Ферми в гомогенной непоглощающей среде
- •5.7. Время замедления нейтронов в среде активной зоны
- •Краткие выводы
- •Тема 6. Диффузия и размножающие свойства теплового реактора
- •6.1. Закон диффузии тепловых нейтронов и длина диффузии
- •6.2. Скорость утечки тепловых нейтронов из единичного объёма активной зоны
- •6.3. Волновое уравнение, уравнение критичности реактора и величина вероятности избежания утечки тепловых нейтронов
- •6.4. Геометрический параметр цилиндрического реактора без отражателя и поле тепловых нейтронов в нём
- •Краткие выводы
- •7.1. Константа
- •7.2. Коэффициент использования тепловых нейтронов
- •7.2.6. Зависимости величины от определяющих её факторов.
- •Краткие выводы
- •Тема 8 уран-238 и размножающие свойства реактора
- •8.1. Коэффициент размножения на быстрых нейтронах
- •8.1.2. Величина в цилиндрическом блоке из природного металлического урана.
- •8.2. Вероятность избежания резонансного захвата
- •Тема 9 критические размеры и нейтронное поле в реакторе с отражателем
- •9.1. Отражатель теплового реактора
- •9.2. Эффективная добавка (э)
- •9.3. Геометрический параметр и поле тепловых нейтронов в гомогенной цилиндрической активной зоне с отражателем
- •9.4. Особенности нейтронного поля в гетерогенном реакторе
- •9.5. Показатели неравномерности нейтронного поля в реакторах
- •Тема 10 температурные эффекты реактивности реактора
- •Температурный эффект и температурный коэффициент реактивности
- •Температурный эффект реактивности реактора
- •Три характерных для ввр типа кривых тэр
- •Температурный коэффициент реактивности реактора (ткр)
- •Условие устойчивости работы энергетического реактора на мощности
- •10.3. Чем определяется форма кривой тэр реактора?
- •Условные составляющие тэр и ткр
- •Мощностной тэр (ткр) реактора
- •Тэр и ткр теплоносителя
- •Раздел 3 кинетика реактора
- •Тема 11 элементарная кинетика теплового реактора
- •10.1. Элементарное уравнение кинетики реактора
- •Среднее время жизни поколения нейтронов в тепловом реакторе
- •Следовательно, время жизни запаздывающих нейтронов любой группы
- •11.3. Период реактора, период удвоения мощности и их взаимосвязь
- •Тема 12 кинетика реактора с учётом запаздывающих нейтронов
- •Система дифференциальных уравнений кинетики реактора с учётом
- •Уравнение обратных часов.
- •Переходные процессы при сообщении реактору отрицательной
- •Переходные процессы при сообщении реактору положительных реактивностей
- •Особенности переходных процессов при сообщении реактору малых и больших реактивностей
- •Как управляют реактором на малых уровнях мощности?
- •Тема 13 основы кинетики подкритического реактора при его пуске
- •Источники нейтронов в подкритическом реакторе
- •Что это за источники?
- •Устанавливающаяся в подкритическом реакторе плотность нейтронов
- •Переходные процессы при изменениях степени подкритичности реактора
- •Учитывая, что отношение начальной и конечной плотностей нейтронов
- •Время практического установления подкритической плотности
- •Процедура ступенчатого пуска и ядерная безопасность реактора
- •Краткие выводы
- •Раздел 4. Изменения запаса реактивности при работе реактора
- •Тема 14.
- •Понятия общего и оперативного запаса
- •Тема 15 уменьшение запаса реактивности с выгоранием ядерного топлива
- •15.2. Энерговыработка реактора
- •15.4. Основные характеристики выгорания
- •Тема 16 уменьшение запаса реактивности за счёт шлакования ядерного топлива
- •Кинетика роста потерь запаса реактивности за счёт шлакования
- •Тема 17 рост запаса реактивности с воспроизводством ядерного топлива
- •17.2. Система дифференциальных уравнений воспроизводства плутония-239
- •Рост запаса реактивности с воспроизводством плутония-239.
- •17.4. Коэффициент воспроизводства ядерного топлива
- •Тема 18 использование выгорающих поглотителей
- •18.1. Характеристики наиболее распространённых выгорающих поглотителей
- •18.2. Факторы, определяющие скорость выгорания вп
- •18.4. Кривая энерговыработки активной зоны реактора
- •Тема 19 отравление реактора ксеноном
- •Отравления реактора ксеноном
- •Стационарное отравление реактора ксеноном.
- •19.3. Переотравление после останова реактора («йодная яма»)
- •Переотравления реактора ксеноном после изменения уровня мощности
- •19.5. Расчёт изменений потерь реактивности за счёт переотравлений реактора.
- •Тема 20 отравления реактора самарием-149
- •20.1. Схема образования-убыли 149Sm и дифференциальные уравнения отравления реактора самарием
- •20.1. Схема образования и убыли самария-149 и сопутствующих продуктов деления и их распада
- •20.2. Потери реактивности при стационарном отравлении реактора самарием
- •20.3. Закономерность роста потерь реактивности от отравления самарием до выхода реактора на стационарный уровень отравления.
- •20.4. Нестационарное переотравление реактора самарием после останова («прометиевый провал»)
- •20.5. Переотравление самарием после пуска длительно стоявшего реактора
- •20.6. Нестационарное переотравление реактора самарием после перевода реактора на более высокий или более низкий уровень мощности
- •Раздел 5.
- •Действие вводимого в активную зону стержня-поглотителя
- •Характеристика положения стержня-поглотителя в активной зоне
- •Понятия об интегральной и дифференциальной эффективности
- •Эффективный радиус стержня-поглотителя
- •Физический вес центрального стержня-поглотителя полной длины
- •21.6. Физический вес нецентрального подвижного поглотителя
- •Характеристики поглотителей – кривые интегральной и дифференциальной эффективности
- •Изменение реактивности реактора при перемещении стержня
- •Особенности характеристик укороченных поглотителей
- •Интерференция подвижных стержней-поглотителей
- •21.11. Простейшие методы градуировки подвижных поглотителей
- •Тема 22 борное регулирование ввэр
- •22.1. Сущность борного регулирования
- •22.2. Характер изменения концентрации борной кислоты в первом контуре
- •Эффективность борной кислоты
- •Факторы, определяющие величину дифференциальной эффективности борной кислоты
- •Тема 23 расчётное обеспечение ядерной безопасности ввэр при его эксплуатации
- •Расчёт пусковой критической концентрации борной кислоты
- •Расчёт предельно допустимого расхода подпитки первого контура чистым дистиллатом при пуске ввэр
- •Время снижения концентрации борной кислоты до заданной величины
- •Расчёт безопасного значения стояночной концентрации борной кислоты
- •23.5. Расчёт времени подпитки первого контура концентрированным раствором борной кислоты до достижения безопасной стояночной концентрации
- •Литература
Севастопольский институт ядерной энергии и промышленности
Кафедра ядерных паропроизводящих установок
Мерзликин Г.Я.
Основы теории ядерных реакторов Курс для эксплуатационного персонала аэс
Севастополь
2001 г.
621.039.51
УДК 621.039.51
Мерзликин Г.Я.
Основы теории ядерных реакторов. Курс для эксплуатационного персонала АЭС. – Севастополь: СИЯЭиП, 2001.
Настоящее учебное пособие написано на основе более чем тридцатилетнего коллективного опыта преподавания дисциплины «Теория ядерных реакторов» преподавателями кафедры Ядерных Паропроизводящих Установок (ранее называвшейся кафедрой Ядерных Реакторов и Парогенераторов) в деле подготовки эксплуатационного персонала ЯЭУ. «Простота – без вульгаризации, минимум сложной математики – максимум физического смысла, кристальная ясность изложения» - так кратко можно определить негласные девизы кафедры с самого начала её существования.
В соответствии с назначением пособия акценты изложения материала в нём смещены в прикладную сторону. Темам, связанные с основами теории критического реактора, уделено несколько меньшее внимание. Темы, на которых базируется практическое управление реактором (кинетика, выгорание, щлакование, отравление, эффективность средств регулирования запаса реактивности и т.п.), - напротив, рассмотрены более подробно, чем это делается в классических учебниках центральных изданий.
Пособие даёт минимум теоретического материала, достаточный для понимания практически всех явлений, с которыми практик-оператор каждодневно соприкасается по роду своей деятельности на АЭС. Вместе с тем, оно оставляет изучающему возможность для дальнейшего самоусовершенствования и сравнительно безболезненного освоения более сложных вопросов теории и расчётных методик, с которыми постоянно имеет дело сравнительно узкий круг специалистов (физики-экспериментаторы, расчётчики ОЯБ, инженеры-исследователи).
По мнению довольно значительного числа студентов-заочников СИЯЭиП, которым изложенные в пособии материалы давались для подготовки (в качестве эксперимента), содержащийся в нём объём материала при минимальной настойчивости и заинтересованности можно освоить самостоятельно. Следовательно, пособие может быть полезно не только для эксплуатационного персонала АЭС, для которого оно предназначалось в первую очередь, но и для более широкого круга учащихся и просто в меру любознательных людей.
Содержание
Тема1. Физические основы получения ядерной энергии
Тема 2. Нейтронные ядерные реакции
Тема 3. Критичность реактора и условия её реализации 3.1. Условия осуществления критичности реактора………………………………………………..
Тема 4. Характеристики структуры активных зон тепловых реакторов
Тема 5. Замедление нейтронов в реакторе и его размножающие свойства
Тема 6. Диффузия и размножающие свойства теплового реактора
Тема 7. Уран-235, плутоний-239 и размножающие свойства реактора
Тема 8. Уран-238 и размножающие свойства реактора
Тема 9. Критические размеры и нейтронное поле в реакторе с отражателем
Тема 10. Температурные эффекты реактивности в энергетических реакторах 10.1. Температурный эффект и температурный коэффициент реактивности……………………... 10.2. Условие устойчивости работы энергетического реактора на мощности…………………….. 10.3. Чем определяется форма кривой ТЭР?…………………………………………………………. 10.4. Условные составляющие ТЭР и ТКР…………………………………………………………… 10.5. Мощностной ТЭР (ТКР) реактора………………………………………………………………. 10.6. ТЭР (ТКР) теплоносителя……………………………………………………………………….. Тема 11. Элементарная кинетика теплового реактора 11.1. Элементарное уравнение кинетики реактора…………………………………………………... 11.2. Среднее время жизни поколения нейтронов в тепловом реакторе…………………………… 11.3. Период реактора, время удвоения мощности и их взаимосвязь……………………………… Тема 12. Кинетика «холодного» реактора с учётом запаздывающих нейтронов 12.1. Дифференциальные уравнения кинетики реактора с учётом запаздывающих нейтронов…. 12.2. Переходные процессы при сообщении реактору отрицательной реактивности…………….. 12.3. Переходные процессы при сообщении реактору положительной реактивности……………. 12.4. Особенности переходных процессов при введении малых и больших реактивностей……... 12.5. Как управляют реактором на малых уровнях мощности.…………………………………….. Тема 13. Основы кинетики подкритического реактора при его пуске 13.1. Источники нейтронов в подкритическом реакторе……………………………………………. 13.2. Устанавливающаяся в подкритическом реакторе плотность нейтронов…………………….. 13.3. Переходные процессы при изменениях степени подкритичности реактора………………… 13.4. Время установления плотности нейтронов после изменения степени подкритичности……. 13.5. Процедура ступенчатого пуска и ядерная безопасность реактора…………………………… Тема 14. Понятия общего и оперативного запаса реактивности Тема 15. Уменьшение запаса реактивности с выгоранием ядерного топлива 15.1. Дифференциальное уравнение выгорания урана-235…………………………………………
Тема 16. Уменьшение запаса реактивности от шлакования ядерного топлива
Тема 17. Рост запаса реактивности с воспроизводством ядерного топлива 17.1. Схема образования и убыли вторичного топлива…………………………………………….. 17.2. Система дифференциальных уравнений воспроизводства плутония-239…………………… 17.3. Рост запаса реактивности с воспроизводством плутония-239……………………………….. 17.4. Коэффициент воспроизводства ядерного топлива……………………………………………. Тема 18. Использование выгорающих поглотителей 18.1. Характеристики наиболее распространённых выгорающих поглотителей…………………. 18.2. Факторы, определяющие скорость выгорания ВП……………………………………………. 18.3. Характер изменения реактивности при различных способах размещения ВП……………… 18.4. Кривая энерговыработки активной зоны реактора……………………………………………. Тема 19. Отравление реактора ксеноном-135 19.1. Схема образования и убыли ксенона и уравнения отравления реактора ксеноном………… 19.2. Стационарное отравление реактора ксеноном………………………………………………… 19.3. Переотравление реактора ксеноном после останова («йодная яма»)………………………… 19.4. Переотравления реактора ксеноном после изменения уровня мощности…………………… 19.5. Расчёт изменения потерь реактивности за счёт отравления реактора ксеноном……………. Тема 20. Отравление реактора самарием-149 20.1. Схема образования и убыли самария и ДУ-ДУ отравления реактора самарием……………. 20.2. Потери реактивности при стационарном отравлении реактора самарием…………………... 20.3. Закономерность выхода реактора на стационарное отравление самарием………………….. 20.4. Нестационарное переотравление самарием после останова («прометиевый провал»)……... 20.5. Переотравление самарием после пуска длительно стоявшего реактора……………………... 20.6. Нестационарное переотравление после изменения уровня мощности реактора……………. Тема 21. Эффективность стержня-поглотителя и группы поглотителей 21.1. Действие вводимого в активную зону стержня-поглотителя…………………………………. 21.2. Характеристика положения стержня-поглотителя в активной зоне………………………….. 21.3. Понятие об интегральной и дифференциальной эффективности поглотителя……………… 21.4. Эффективный радиус стержня-поглотителя…………………………………………………… 21.5. Физический вес центрального стержня-поглотителя полной длины………………………… 21.6. Физический вес нецентрального подвижного стержня-поглотителя………………………… 21.7. Кривые интегральной и дифференциальной эффективности подвижных поглотителей…… 21.8. Изменение реактивности реактора при перемещении подвижного поглотителя…………… 21.9. Особенности характеристик укороченных стержней-поглотителей………………………… 21.10. Интерференция подвижных стержней-поглотителей……………………………………….. 21.11. Простейшие методы градуировки подвижных поглотителей………………………………. Тема 22. Борное регулирование ВВЭР
Тема 23. Расчётное обеспечения ядерной безопасности ВВЭР при его эксплуатации
Литература |
7 7 8 9 11 15 19 19 24 34 42 50 50 54 63 63 64 65 66 73 73 74 79 84 90 91 94 96 97 102
103 106 115 115 120 136 136 144 153 153 157
160 162 165 175 175 181 185 187 190 193 199 199 208 210 215 216 223 226 231 233 238 238 240 244 245 246 249 252 252 253 254 255 257 257 258 262 262 262 264 264 266 266 266 268 269 271 272 273 278 285 288 290 290 291 292 293 296 297 299 299 300 300 301 303 304 305 308 308 310 312 318 318 319 321 325 327 327 331 336 338 340 |