3. Задание

Активная зона с отражателем (рис.3) набрана из однотипных тепловыделяющих сборок (ТВС), размещенных по сетке с шагом t_ТВС. Между кожухами кассет находится замедлитель 3 (рис. 4). Внутри кожуха 1 с шагом t_ТВ 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 N_Т и средней плотности теплового потока найти объем активной зоны V_АЗ для оптимального шага ;

- для реактора с оптимальным шагом и объемом активной зоны V_АЗ найти эффективную добавку отражателя, а также вычислить К_ЭФ – эффективный коэффициент размножения.

Исходные данные для вариантного расчета представлены в прил. 6.

4. Порядок расчета

1. 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 n_ТВ – число твэлов в ТВС.

Размер под ключ внутренней области

.

Размер кожуха под ключ

,

где _кж - 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 V_зам = 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):

.

4.2. Расчет ячейки ТВС в приближении ячейки твэла

Объем зоны 1

где ; .

Объем зоны 2

,

где .

Объем расчетной ячейки

3. Объемные доли компонентов в среднем по ячейке и по зонам

Объемные доли компонентов рассчитываются по следующим формулам:

, , , , ,

, , , , .

4.4. Размеры (радиусы) зон и ячейки

Радиусы зон и ячейки вычисляются по формулам:

.

5. Расчет ядерных концентраций элементов активной зоны

Ядерная концентрация молекул (атомов)

N_i = _i N_A/ A_{ri ,}

где _i - плотность вещества, г/см³ (прил. 1), плотность воды выбирается в зависимости от температуры среды в реакторе;

N_A = 0.6022 10²⁴ моль ^–1 – число Авагадро;

A_{r i} – молярная масса i-го элемента (прил. 3).

Для расчета плотности нуклидов типа i в веществе типа j (для U²³⁵ и U²³⁸) следует использовать формулу

N_i ^j = N^j n_i ^j  ^j ,

где N^j - плотность атомов в веществе типа j, см^-3; n_i ^j - число нуклидов i в веществе типа j; ^j - объемная доля вещества типа j.

Ядерная концентрация О₂ принимается равной N_О2 = 2 N_UO2.

Ядерные концентрации элементов в зоне 1

,

где N_i - ядерная концентрация i-го элемента в зоне 1; – объемная доля i-го элемента в зоне 1.

Ядерные концентрации элементов в зоне 2

.

Ядерные концентрации элементов в ячейке

.

В случае охлаждения пароводяной смесью может быть задана объемная доля пара в смеси _п, тогда плотность смеси

,

где _п - плотность пара, г/см³.

Если нуклид встречается в разных компонентах ячейки (например вода, как теплоноситель и замедлитель; графит, как замедлитель и компонент ядерного топлива), то в зоне или ячейке находится суммарная концентрация этого нуклида:

.

Результаты расчетов представить в виде табл. 1

Таблица 1