- •А.И. Охрименко
- •Г.Димитровград
- •Предисловие.
- •1. Введение
- •1.1. Типы ядерных реакторов и основные процессы в них
- •1.2. Основные ядерные реакции. Поглотитель. Отражатель. Активная зона реактора.
- •1.3 Источники нейтронов, детекторы нейтронов.
- •1.4. Микроскопическое сечение ядерных реакций.
- •1.5. Простейшее уравнение баланса нейтронов. Коэффициент размножения бесконечной среды. Концентрация ядер, макроскопическое сечение. Скорость реакции, поток нейтронов.
- •1.6. Эффективный коэффициент размножения, вероятность избежать утечки, реактивность реактора.
- •1.7. Замедление нейтронов, спектр нейтронов, классификация реакторов по спектру.
- •1.8. Мощность реактора.
- •2. Структура активной зоны реакторов на тепловых нейтронах и ее характеристики.
- •2.1 Схема реактора
- •2.2. Пример реакторной установки с корпусным водо-водяным реактором для выработки электроэнергии.
- •2.3. Особенности промышленных энергетических ядерных реакторов.
- •2.4. Формула четырех сомножителей.
- •2.5. Спектр нейтронов и коэффициент размножения бесконечной гетерогенной среды.
- •2.6. Формула шести сомножителей.
- •Отдельные величины формулы четырех сомножителей
- •Расширение k до kэфф
- •1080 Нейтр
- •22 Нейтр
- •200 Нейтр.
- •599 Нейтр.
- •2.7. Зависимость р и f от коэффициента замедления.
- •2.8 Обусловленное выгоранием изменение произведения рf
- •2.9 Распределение потока нейтронов в активной зоне реактора
- •2.9.1 Грубое представление
- •2.9.2 Точное представление
- •2. 10 Построение размножающей сборки
- •3 Коэффициенты реактивности
- •3.1 Общие положения
- •3.2. Положительный и отрицательный коэффициенты реактивности.
- •3.3. Температурный коэффициент топлива (коэффициент Доплера).
- •3.4 Температурный коэффициент замедлителя Гтм
- •3.5 Пустотный коэффициент
- •3.6. Мощностный коэффициент.
- •3.7 Баланс реактивности.
- •3.8. Средства управления реактивностью
- •4. Кратковременные переходные процессы в реакторе
- •4.1 Общие положения
- •4.2 Нарастание потока нейтронов за счет мгновенных нейтронов.
- •4.3 Запаздывающие нейтроны
- •Данные запаздывающих нейтронов для случая деления lj-235 на тепловых нейтронах.
- •4.4. Нарастание потока нейтронов за счет запаздывающих нейтронов
- •4.5 Важные понятия
- •4.6 Временной режим подкртической системы
- •1 Момент изменения реактивности
- •4.7 Временной режим реактора при весьма малой мощности
- •4.8. Временной режим реактора при работе на мощности.
- •4.9. Временной режим реактора после отрицательного скачка реактивности
- •1 Момент изменения реактивности
- •5. Долговременные процессы в реакторе
- •5.1 Общие положения
- •5.2 Выгорание твэлов
- •5.3. Отравление ксеноном
- •5.4. Отравление самарием
- •5.5 Конверсия и воспроизводство.
- •5.5.1. Оценка коэффициента воспроизводства.
- •5.5.2.Связь между критичностью и коэффициентом воспроизводства.
- •6. Физические особенности реакторов на быстрых нейтронах.
- •6.1. Факторы, определяющие спектр нейтронов в активной зоне быстрого реактора.
- •6.2. Обогащение ядерного топлива в быстром реактора.
- •6.3. Структура активной зоны быстрого реактора и ее размеры.
- •6.4. Плотность тепловыделения, выбор теплоносителя и компоновка энергетического быстрого реактора.
- •6.5. Управление быстрым реактором.
- •6.5.1. Роль запаздывающих нейтронов.
- •6.5.2 Коэффициенты реактивности и контроль быстрого реактора.
- •6.5.2.1. Доплеровский коэффициент реактивности
- •6.5.2.2 Температурный коэффициент реактивности теплоносителя.
- •6.5.2.3. Температурные коэффициенты реактивности топлива и конструкционных материалов
- •6.5.3 Средства управления реактивностью
- •6.5.3.1 Два вида управляющих стержней
- •6.5.3.2 Материал управляющих стержней
- •6.5.3.3 Эффективность управляющих стержней
- •Причины изменения реактивности
- •Требования к эффективности регулирующих стержней, стержней останова, и аварийных стержней
- •6.6. Превращение актинидов.
- •6.6.1 Долгоживущие продукты деления и актиниды
- •6.6.2. Выжигание актинидов в ядерных реакторах.
- •6.7. Радиационная защита.
- •6.8. Сравнение быстрых реакторов с тепловыми.
- •7. Историческая справка (заключение).
- •Литература
Предисловие.
Настоящее пособие предназначено в основном для первоначального ознакомления с процессами, которые обеспечивают функционирование ядерного реактора и учитываются при его эксплуатации в составе установок различного целевого назначения.
К таким процессам отнесены:
цепная ядерная реакция деления;
тепловыделение;
температурные эффекты реактивности;
отравление ксеноном и самарием;
выгорание делящихся веществ;
воспроизводство новых делящихся веществ;
Указанные процессы традиционно с той или иной степенью подробности рассматриваются в спецкурсах высших учебных заведений, готовящих специалистов в области исследования, создания и эксплуатации установок с ядерным реактором (МИФИ, МЭИ, МВТУ, ИАТ и др.).
Для определенности и без потери общности выбраны ядерные реакторы на тепловых нейтронах, используемые для выработки электроэнергии в промышленных масштабах на территории России и за ее пределами. Это обусловлено следующими основными причинами.
Первая из них является исторической (см. п.7 пособия) и позволяет представить основные идеи, а также физические, технические и технологические проблемы, которые необходимо было решить при создании такого типа реакторов для промышленных целей.
Вторая - позволяет наиболее полно отразить все процессы, оказывающие существенное влияние на протекание основного процесса (цепной реакции деления) в ядерном реакторе при его эксплуатации. При таком подходе, в частности, становится ясным несущественность влияния процесса накопления ксенона и самария на протекание цепной реакции деления в ядерном реакторе на быстрых нейтронах и сложность описания процессов в ядерном реакторе на промежуточных нейтронах.
При изложении в качестве основной характеристики цепного процесса деления выбран коэффициент размножения (реактивность). Вторая характеристика (пространственно-энергетическое распределение нейтронов) описывается схематически без применения математического аппарата теории дифференциальных уравнений в частных производных. Последнее в равной степени относится и к коэффициенту размножения (реактивности). Исключением является простейшее уравнение баланса нейтронов в п. 1.5 пособия, способствующее по мнению автора лучшему пониманию условий протекания цепной реакции деления и ее характера. При описании остальных процессов предпочтение отдается качественным физическим рассуждениям, поскольку пособие предназначено для первоначальной подготовки персонала не имеющего специальных знаний.
В главе 6 настоящего пособия рассматриваются особенности физики реакторов на быстрых нейтронах.
Материал пособия был опробован при проведении занятий с различным контингентом слушателей учебных курсов, проводимых на базе ГНЦ НИИАР и не вызвал существенных нареканий. Последнее позволяет рекомендовать его к использованию в составе учебных процедур (лекций, семинаров, тестов, экзаменов) по теме 2 в течение пяти рабочих дней.
Автор будет чрезвычайно благодарен за замечания и предложения, способствующие улучшению настоящего материала и расширению области его использования.
А.И.Охрименко
Димитровград
10.10.2002г.