10. Определение концентрации борной кислоты

В реакторе ВВЭР в качестве жидкостной системы регулирования используется система регулирования с помощью борной кислоты.

Главное достоинство борного регулирования заключается в том, что введение борной кислоты не так сильно искажает поля плотности потока нейтронов в активной зоне реактора, как использование органов СУЗ, которые после выхода реактора на рабочий режим практически полностью выводятся из активной зоны, в то время как концентрации борной кислоты плавно уменьшается в ходе кампании. Борное регулирование компенсирует медленные изменения реактивности, связанные с выгоранием топлива, стационарным отравлением ксеноном и самарием, а также с нагревом и расхолаживанием реактора [2].

В данной курсовой работе будет произведен расчет для холодного реактора в начале кампании. Сохраняются все исходные данные из п. 2 (таблица 1), геометрические параметры из п. 4 (таблица 2), нейтронно-физические параметры при рабочем обогащении топлива.

Допущения:

• Не учитывается взаимодействие нейтронов с ядрами водорода и кислорода, входящими в состав молекулы борной кислоты;

• Не учитывается рассеяние нейтронов на ядрах бора;

• Не учитываются эффекты шлакования и отравления ксеноном, так как они проявляются только при работе реактора на мощности.

10.1. Цель и задачи

1. Расчет коэффициента размножения нейтронов в бесконечной среде

2. Расчет эффективного коэффициента размножения без бора;

3. Определение коэффициента использования тепловых нейтронов с бором;

4. Расчет эффекта реактивности по бору;

5. Расчет относительного поглощения тепловых нейтронов с бором;

6. Расчет ядерной концентрации бора в теплоносителе;

7. Пересчет ядерной концентрации в массовую концентрацию борной кислоты;

8. Анализ полученных значений.

10.2. Алгоритм расчета

Для достижения критического состояния (K_эф = 1) необходимо уменьшить коэффициент использования тепловых нейтронов θ за счёт введения бора в теплоноситель.

Требуемое значение коэффициента использования тепловых нейтронов с бором = 0,703 значительно меньше исходного значения , что указывает на необходимость существенного "отравления" активной зоны бором.

Вычисление изменения реактивности:

Эффект реактивности отрицательный, что соответствует необходимости компенсации положительной реактивности.

Далее необходимо рассчитать относительное вредное поглощение тепловых нейтронов бором. Для этого воспользуемся формулой:

Относительное вредное поглощение тепловых нейтронов бором можно также рассчитать по формуле:

где – микроскопическое сечение поглощения бором;

– микроскопическое сечение поглощения тепловых нейтронов ²³⁵U;

– концентрация ядер ²³⁵U;

– средняя плотность потока тепловых нейтронов в теплоносителе

– средняя плотность потока нейтронов в топливе

— искомая ядерная концентрация бора

W – водоурановое отношение.

Выражаем :

Пересчет ядерной концентрации в массовую концентрацию борной кислоты:

где – молекулярная масса борной кислоты (H₃BO₃); 10³ – коэффициент перевода г/см³ в г/кг; = 1 г/см³ – средняя плотность теплоносителя (воды); – число Авогадро, 1/моль:

Атомная масса водорода (H) – 1,01 г/моль, бора (B) – 10,81 г/моль, кислорода (O) – 16,00 г/моль.

Для современных реакторов ВВЭР-1000 для холодного реактора на начало кампании с обогащением топлива около 4% концентрация борной кислоты находится в пределах 10 г/кг. Полученное значение в несколько раз меньше, чем для серийных реакторов, но в данном случае и обогащение почти в 2 раза меньше. Поэтому полученное значение является допустимым и обеспечивает подкритическое состояние реактора на начало кампании.