|
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-механический факультет Кафедра экспериментальной ядерной физики |
Курсовая работа по дисциплине
«Кинетика ядерных реакторов»
Работу выполнил студент группы 3037/1:
Бойцев И.В.
Работу проверил преподаватель:
Голиков И.Г.
Санкт-Петербург
2012
Содержание
1. Исходные данные . . . . . . . . . . 3
2. Тепловой расчет . . . . . . . . . . . 3
3. Определение макроскопических сечений среды для тепловых нейтронов . . 5
4. Определение температуры нейтронного газа и усреднение сечений поглощения по спектру Максвелла . . . . . . . . . . . 7
5. Коэффициент размножения в бесконечной среде . . . . . . 10
6. Расчет запаса реактивности реактора . . . . . . . 11
7. Коэффициент неравномерности энерговыделения . . . . . 14
8. Изменение изотопного состава и реактивности во время работы реактора . . 15
1. Исходные данные
Тип рассчитываемого
теплового реактора - Водо-Водяной
Энергетический Реактор (ВВЭР). Тепловая
мощность
.
Рассмотрим конструкцию Тепловыделяющей
Сборки (ТВС).
число
твэлов
;
размер
кассеты
;
шаг
решетки
;
шаг
по высоте
;
толщина
оболочки
.
Рассмотрим конструкцию Тепловыделяющего Элемента (ТВЭЛ).
;
;
;
1 - топливо;
2 - технологический зазор;
3 - оболочка;
4 - теплоноситель (вода).
Для наглядности приведем таблицу с исходными данными
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к.м. |
14,5 |
14,8 |
0,22 |
91 |
0,45 |
0,46 |
0,52 |
5 |
50 |
11 |
200 |
275 |
сталь |
2. Тепловой расчет
Задача - выбрать размеры активной зоны. Определим средний тепловой поток
,
где
- объемный коэффициент неравномерности
тепловыделения, который принимаем
равным 2. Таким образом средний тепловой
поток равен
.
Среднее энерговыделение на единицу объема активной зоны:
,
где
- периметр активной зоны,
;
- объем ячейки,
.
Подставив числовые значения, получим:
.
Следующим шагом
выразим объем активной зоны через
формулу
. Откуда следует, что
.
Объем тепловыделяющего
элемента
. Введем
- уплощение и примем его равным 1, то есть
,
в частности
. И теперь можем определить диаметр
активной зоны
.
Определим число ячеек
.
Поправку на увеличение объема за счет органов управления делать не будем.
Средняя температура замедлителя:
.
Температура топлива (урана):
.
3. Определение макроскопических сечений среды для тепловых нейтронов
Микроскопическое
сечение -
.
Определяет вероятность взаимодействия
нейтронов с ядром. Численно равно площади
вблизи ядра, при попадании в которую
происходит в
заимодействие.
Вероятность
взаимодействия:
.
Число атомов:
,
где
- концентрация (плотность) ядер.
Вероятность
взаимодействия на единицу толщины:
- макроскопическое сечение.
3.1. Усреднение макроскопических сечений по гомогенной ячейке при энергии нейтрона
Будем считать пробег нейтрона больше неоднородностей. Значит, можем гомогенизировать среду.
Средняя по ячейке
концентрация ядер
-го
типа:
. Число атомов
-го
типа в ячейке:
.
В данных формулах
,
где
- плотность вещества в
.
Объем, занимаемый конструкционным материалом:
оболочки
ТВЭЛов:
;
оболочка
ТВС (кассеты):
;
.
Объем, занимаемый водой:
вода
в кассете:
;
вода
между кассетами:
;
на
1 см длины кассеты.
Объем, занимаемый топливом:
:
.
Концентрация ядер в чистом материале:
;
, где
- плотность вещества,
.
По таблице П1
определяем
.
.
;
;
;
;
.
.
Средняя по ячейке концентрация ядер:
;
;
;
;
;
.
Микро- и макросечения:
по
таблице П2 определяем микросечения
поглощения для стали -
.
Аналогичные действия произведем с водой, ураном и водородом.
Суммарное
макросечение поглощения:
;
суммарная замедляющая способность:
.
Все полученные значения в пункте 3.1 занесем в таблицу 1.
Таблица 1. Средние по ячейке характеристики
Вещество |
|
|
|
|
|
|
|
Сталь |
27,9 |
0,085 |
0,0125 |
2,8 |
0,37 |
0,035 |
0,00463 |
|
102 |
0,0276 |
0,0149 |
0,661 |
42,5 |
0,0099 |
0,633 |
|
57,2 |
1,04∙10-3 |
0,315∙10-3 |
694 |
0,09 |
0,218 |
0,0000284 |
|
57,2 |
1,97∙10-2 |
5,96∙10-3 |
2,71 |
0,07 |
0,0162 |
0,0000417 |
|
57,2 |
0,0414 |
0,0125 |
2∙10-4 |
0,46 |
0,000025 |
0,00575 |
Сумма |
- |
- |
- |
- |
- |
0,279 |
0,643 |
