4. Расчет геометрических параметров

Рассматривается активная зона ядерного реактора, состоящая в общем случае из чехловых тепловыделяющих сборок (ТВС) в форме шестигранника (рисунок 1).

Рисунок 1 – Расположение ТВС в активной зоне

Внутри ТВС располагаются твэлы в правильной (треугольной) решетке, а также поглощающие стержни, окруженные замедлителем (теплоносителем) (рисунок 2).

Рисунок 2 – Поперечный разрез ТВС

Элементарной ячейкой называется элемент периодичности решетки: твэл с прилегающим к нему замедлителем (теплоносителем) (рисунок 3).

Рисунок 3 – Элементарная ячейка

Нейтронно-физический расчет выполняется для эквивалентной ячейки, которая в отличие от элементарной ячейки имеет в плане форму круга (рисунок 4) и состоит из двух зон: топлива и гомогенной смеси замедлителя, материалов оболочки твэла, направляющих трубок поглощающих стержней, центральной трубки и чехла кассеты, а также газа между топливной таблеткой и оболочкой твэла. Параметры зоны топлива в дальнейшем обозначаются индексом 0, а второй зоны - индексом 1.

Рисунок 4 – Эквивалентная ячейка

При известных значениях тепловой мощности ядерного реактора и удельного энерговыделения определяется объем активной зоны:

Задаваясь соотношением между высотой и диаметром активной зоны цилиндрической формы , их значения можно определить из следующего выражения:

Тепловыделяющая сборка (ТВС) вместе с прилегающим к ней замедлителем составляет ячейку активной зоны. Число таких ячеек рассчитывается по формуле:

где – площадь поперечного сечения, занимаемая ячейкой активной зоны.

Рассчитаем площадь поперечного сечения и число ячеек ТВС :

Действительное число ТВС ( ) определяется графически (рисунок 5) с помощью прорисовки активной зоны цилиндрической формы диаметром мм. При построении эскиза учитывалось, что для заданной по условию ТВСА-ПЛЮС размер по граням ТВС равняется 235,1 мм, межкассетный зазор – 3,65 мм, шаг решетки ТВС – 238,75 мм.

Таким образом, действительное число ТВС в АЗ:

.

Рисунок 5 – Эскиз решетки ТВС в активной зоне

Степень заполнения активной зоны ядерным топливом определяется коэффициентом упаковки кассет:

Число твэлов в ТВС с учетом наличия поглощающих стержней в количестве однозначно связано с задаваемой величиной по формуле:

Полное сечение элементарной (реальной) ячейки рассчитывается по формуле, определяющей площадь правильного шестиугольника со стороной равной :

Площадь поперечного сечения, занятая топливом в твэле:

Площадь поперечного сечения, занятая оболочкой твэла:

Площадь поперечного сечения твэла, занятая газовым зазором в твэле:

Площадь поперечного сечения элементарной ячейки, занятая замедлителем:

Водо-топливное отношение рассчитывается по формуле:

Часть площади кассеты, занятая межкассетной водой и конструкционными материалами, определяется соответственно по следующим зависимостям:

;

.

Для эквивалентной двухзонной ячейки (рисунок 4) площадь поперечного сечения, занятая топливом, определяется из равенства:

Вторая зона эквивалентной ячейки состоит из гомогенной смеси материала оболочки твэла, газа, замедлителя элементарной ячейки, а также конструкционного материала центральной трубки и направляющих трубок поглощающих стержней, периферийной кассетной и межкассетной воды. Части площади этой зоны (ячейки), занятые конструкционным материалом и замедлителем, рассчитываются соответственно по формулам:

Окончательно площадь второй зоны и всей эквивалентной ячейки определяются по следующим зависимостям:

Радиус эквивалентной ячейки рассчитывается через ее площадь по формуле:

Результаты расчетов сведем в таблицу 2.

Таблица 2 – Геометрические параметры

Параметр	Размерность	Величина
	м3	15,12
	м	2,681
	м	2,681
	-	114
		85
K		0,746
		312
	мм2	45,34
		17,25
		2,42
		75,78
	-	1,67
	мм2	1497,8
		5983,1
		19,18
		91,28
		112,89
	мм	7,1