Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Институт ядерной энергетики (филиал) Санкт-Петербургского государственного политехнического университета в г. Сосновый Бор

Кафедра «Проектирование и эксплуатация АЭС»

Курсовая работа

Дисциплина: Физика ядерных реакторов

Тема: Нейтронно-физический расчет ядерного реактора РБМК-800.

Выполнил:	студент гр. 4297/1 Барлет Ю.В.
Проверил: г. Сосновый Бор 2014г	руководитель, д.т.н Ельшин А.B.

Содержание:

Дисциплина: Физика ядерных реакторов 1

Содержание: 2

Исходные данные 3

1. Геометрический расчет 4

2. Физический расчет 5

2.1 Расчет физических характеристик активной зоны 5

2.2 Расчет коэффициента размножения 11

2.3 Расчет реактивности реактора 15

2.4 Расчет изотопного состава и реактивности в зависимости от времени работы реактора 15

2.5 Расчет температурного коэффициента реактивности 21

2.6 Расчет компенсирующей способности регулирующих стержней 30

Исходные данные

1. Электрическая мощность (N_э)– 800 МВт

2. Замедлитель – графит

плотность графита:

;

температура графита:

;

шаг ячейки (с учетом зазора между кирпичами):

;

3. Топливо – обогащенная двуокись урана, ;

4. Тепловыделяющие элементы – стержневые с наружным охлаждением.

;

5. Теплоноситель – вода под давлением:

; ; ;

6. Внутренний диаметр трубы технологического канала ( ) – 8,0 см

7. Диаметр внутреннего отверстия в графитовом блоке ( ) – 11,4 см

8. Диаметр втулки ( ) – 11, 1 см

9. Наружный диаметр трубы технологического канала ( ) – 8,8 см

10. Число твэлов в ячейке (ТВС) (n) – 18 шт

11. Диаметр твэла (d₄) – 1,35 см

12. Толщина трубы технологического канала (₂) – 0,4 см

13. Толщина зазора между топливом и оболочкой(₁) – 0,02 см

14. Толщина оболочки твэла () – 0,09 см

15. Число нейтронов на акт деления U²³⁵ – 2,47

1. Геометрический расчет

Зададим объемную энергонапряженность :

Оцениваем размеры активной зоны:

Количество энергетических каналов (ТВС) и ячеек:

Площадь реактора: ;

Количество ТВС: ;

Количество ячеек: ,где =(25)².

тогда эквивалентный диаметр активной зоны равен:

Примем

2. Физический расчет

1. Расчет физических характеристик активной зоны

Поскольку реактор гетерогенный, начинаем расчет с определения объемов в ячейке, приходящихся на 1 см высоты.

Объем графита (кирпич и втулка):

;

Объём занимаемый ураном (пренебрегаем зазором между оболочкой и топливом):

Объём циркония:

Объём воды:

Газ, содержащийся в зазорах, в расчете не учитываем.

Определим ядерные концентрации веществ по формуле:

Вычислим теперь макроскопические параметры гомогенизированной активной зоны, нужные для оценки температуры тепловых нейтронов, а именно Σ_а и ξΣ_s. Для этого составим таблицу №1:

Таблица №1

Вещество	V,см2	ρ,1024,ядер/см3	σа(0,025), барн	σs(1), барн	ξ	ξσs, барн	Vρσа,см	Vρξσs,см
U235	18,696	0,000424	694	13,8	-	-	7,150	-
U238	18,696	0,02077	2,71	8,3	-	-	1,046	-
C	564,2	0,0828	0,003	4,75	0,158	0,758	0,14	35,41
Zr	17,356	0,043	0,185	6,2	0,0218	0,135	0,138	0,1
H2O	22,733	0,0167	0,661	-	-	42,5	0,251	16,13
O	18,696	0,0424	0,0002	3,8	-	0,46	0,00016	0,365
Σ							9,006	52,005

- среднелогарифмическая потеря энергии.

Для молекулы воды:

;

Замедляющая способность урана пренебрежимо мала и поэтому не учитывается.

Для гомогенизированной активной зоны получаем согласно табл. №1:

;

;

Определим температуру нейтронного газа. При помощи температуры замедлителя пересчитаем Σ_а, предполагая что справедлив закон :

;

Следовательно:

;

Найдем средние сечения для тепловых нейтронов.

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

;

Задавшись х_гр = 6, по таблицам из справочника по ядерно-физическим константам при Т_n = 862 ⁰К находим . Средние сечения всех других элементов (в виду справедливости закона ) можно посчитать по формуле: , , где F(x_гр)=1,01 (определено по графику при х_гр=6).

Пересчитывая данные табл.1, получаем:

Σ_а(Е_гр,Е_Т) – сечение поглощения среды, усредненное по спектру Максвелла при температуре Т_n в интервале энергий от нуля до Е_гр.

Находим: и по графику получаем, что этой величине соответствует х_гр = 6.15, то есть можно считать, что совпадение заданного и полученного х_гр удовлетворительное. Примем в расчет , найденные для х_гр=6:

;

Для учета гетерогенности разобьем ячейку на две зоны. В качестве радиуса блока принимаем внутренний радиус трубы технологического канала:

;

;

;

Вычислим средние микроскопические сечения поглощения для элементов:

;

;

;

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 формулу:

Составим таблицу №2:

Таблица № 2.

Вещество	,см3	ρ, 1024ядер/см3	, барн	, барн	ξσs, барн	ρ , см	ρ , см	ρξσs, см
U235	18,696	0,000551	331	344,7	­­-	3,551	3,41	-
U238	18,696	0,02065	1,415	9,59	-	3,702	0,546	-
Zr	6,8	0,043	0,096	6,25	0,135	1,828	0,028	0,039
H2O	22,733	0,0167	0,345	39,9	39,9	15,262	0,131	16,135
O	18,696	0,0424	-	3,78	0.46	2,996	-	0,365
Σ						27,510	4,26	16,54

Пользуясь данными таблицы №2, определяем:

Определим коэффициент диффузии:

;

;

;

Вторая зона ячейки – графит и циркониевый канал.

Составим таблицу 3:

Таблица № 3.

Вещество	,см3	ρ, 1024ядер/см3	, барн	, барн	ξσs, барн	ρ , см	ρ , см	ρξσs, см
Zr	10,556	0,043	0,094	6,25	0,135	2,836	0,044	0,0613
C	564,2	0,0828	0,00153	4,49	0,758	209,754	0,0715	35,41
						212,59	0,1155	35,4713

Пользуясь данными таблицы №3, определяем:

;

;

;

Теперь определяем коэффициент и длину диффузии:

;

.

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:

.