4.1.1 Радиальный канал
В сентябре 1975 года была создана установка для получения УХН на радиальном горизонтальном канале № 1 (ГРК-1) реактора ВВР-К. Схема установки показана в Гл.1.1 на рисунке 1. В качестве замедлителя-конвертора УХН был использован диск из гидрида циркония (II) толщиной 5 мм: ZrH2 ρ = 5,62 г/см3. Поток тепловых нейтронов в месте расположения конвертора был измерен равным ~ 2∙1013 см-2 с-1 при мощности реактора 10 МВт [6]. Для сравнения с этим экспериментом нами был произведен MCNP-расчет потока тепловых нейтронов в ячейке-конверторе в начале радиального канала. Для этого мы смоделировали активную зону, которая использовалась в 1970-1990 годах. Активная зона представлена в виде цилиндра радиусом 33 см, высотой 60 см. В центре активной зоны имеется воздушное отверстие радиусом 1,6 см. Активная зона – гомогенная, и состоит из воды, алюминия и оксида урана (IV). Обогащение по урану-235 составляло тогда 36 %. Вся активная зона находится в алюминиевом баке радиуса 37 см, толщина стенок которого составляет 0,7 см. Между алюминиевыми стенками и активной зоной имеется слой воды толщиной 3 см. Меняя толщину этого слоя, можно регулировать поток нейтронов после выхода из активной зоны. Получены следующие плотности потоков в ячейке (конверторе): тепловых нейтронов Ф ~ 1,5∙1013 см-2 с-1 погрешностью в 2 %; быстрых нейтронов Ф ~ 3,44∙1012 см-2 с-1 с погрешностью в 4 %. Расчетное значение для тепловых нейтронов хорошо согласуется с измеренным в 1975 г. значением ~2∙1013 см-2 с-1.
Конвертор
Рисунок 4.1 Место расположения конвертора-ячейки в ГРК-1 в среде MCNP.
4.1.2 Сквозной канал ввр-к в 70-х годах
На горизонтальном сквозном касательном к активной зоне канале (ГСКК) реактора ВВР-К в 1970-х годах также проводились эксперименты по изучению выходов УХН из различных замедлителей-конверторов [23]. Из замедлителя могут выходить только УХН, образовавшиеся в поверхностном слое толщиной порядка средней длины свободного пробега УХН. Этот слой замедлителя, называемый конвертором УХН, по конструктивным соображениям отделяют от основной массы замедлителя и помещают посередине ГСКК в максимально доступном потоке тепловых нейтронов [23]. Нами был рассчитан поток нейтронов в месте расположения конверторов с помощью MCNP.
Конвертер
Активная зона
ГСКК
Рисунок 4.2 Место расположения конвертора в ГСКК относительно активной зоны.
Были смоделированы следующие конверторы: гидрид циркония (II), алюминий и вода. Значения потоков даны в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Плотности потоков нейтронов на месте расположения конвертора в ГСКК
Вещество конвертора |
Ф, см-2 с-1 при Е < 0,6 эВ |
Ошибка |
Ф, см-2 с-1 при Е>1 МэВ |
Ошибка |
Ф, см-2 с-1 эксперимент |
Гидрид циркония |
5.2075E+12 |
0.0190 |
1.0732E+12 |
0.0469 |
5.0E+12 |
Алюминий |
5.7688E+12 |
0.0204 |
1.1510E+12 |
0.0540 |
|
Вода |
5.2868E+12 |
0.0204 |
9.2246E+11 |
0.0489 |
|
Без конвертора |
5.9322E+12 |
0.0204 |
1.177535E+12 |
0.0565 |
Как видно из Таблицы, значения потока тепловых нейтронов, посчитанного с помощью MCNP с гомогенной активной зоной, и потока в эксперименте, проводимого в 1975 году [23], примерно совпадают и почти не зависят от материала конвертора. Конверторы с гидридом циркония и водой имеют в составе водород, поглощающий нейтроны, так же как и алюминиевый конвертор имеет большое сечение захвата нейтронов. В силу этого, в отсутствие конвертора, поток нейтронов больше, так как нет в составе веществ с большими сечениями поглощения нейтронов.
Радиационный нагрев является важной проблемой в работе исследовательских реакторов и безопасности топлива. Поэтому были посчитаны радиационные нагревы в ячейках-конверторах на ГСКК и ГРК-1. Результаты моделирования представлены в таблице 4.2.
Таблица 4.2
Радиационные и нейтронные нагревы в конверторах
Канал |
Ячейка для конвертора |
Нейтронный нагрев, Вт |
Погрешность |
Радиационный нагрев, Вт |
Погрешность |
ГРК-1 |
ZrH2 |
36,3 |
0.0189 |
50,71 |
0.0166 |
ГСКК |
ZrH2 |
52,81 |
0.0187 |
35,5 |
0.0307 |
Al |
0,65 |
0.0577 |
14,23 |
0.0338 |
|
H2O |
7,06 |
0.0483 |
5,88 |
0.0459 |