Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет защиты реактора. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Здания и сооружения тепловой и атомной энергетики, безопасность ТЭС и А
.pdf
УДК 621.039+691+692.2
ББК 22.31+38.3+38.4
Р24
Составители:
Н.Г. Бабошин, Н.И. Бушуев, А.В. Денисов, И.А. Енговатов
Рецензент — профессор, доктор технических наук В.Н. Соловьев,
профессор кафедры строительства объектов тепловой
и атомной энергетики НИУ МГСУ
Р24 Расчет защиты реактора : методические указания к курсовой работе
по дисциплине «Здания
и сооружения тепловой и атомной энергетики,
безопасность ТЭС и АЭС» для обучающихся по направлению подготовки 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений / [сост.
Н.Г. Бабошин и др.] ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац.
исследоват. Моск. гос. строит. ун-т, кафедра строительства объектов
тепловой и атомной энергетики. — Москва : Изд-во
Моск. гос. строит.
ун-та, 2017. — 56 с.
Приведена методика расчета ослабления и распределения ионизирующих
излучений в радиационной защите ядерного реактора и определения требуемой
для обеспечения радиационной безопасности толщины радиационной защиты по
данным об интенсивностях ионизирующих излучений за корпусом реактора,
плотности и химическом составе бетона исходя из допустимой мощности эквивалентной дозы ионизирующих излучений.
Для обучающихся по направлению подготовки
кальных зданий и сооружений.
08.05.01 Строительство уни-
УДК 621.039+691+692.2
ББК 22.31+38.3+38.4
© Национальный исследовательский
Московский государственный
строительный университет, 2017
2
Введение
В результате ядерных реакций в активной зоне реактора генериру-
ются потоки ионизирующих излучений, основными из которых являются:
мгновенные и запаздывающие нейтроны;
мгновенное и запаздывающее фотонное излучение (первичное
внешнее гамма-излучение);
захватное фотонное излучение (гамма-излучение).
Мгновенные нейтроны образуются практически одновременно с делением ядер, имеют непрерывное энергетическое распределение, называемое спектром деления.
Запаздывающие нейтроны испускаются некоторыми продуктами
распада, имеющими энергию возбуждения, достаточную для испускания нейтронов.
Мгновенное и запаздывающее фотонное излучение образуется непосредственно при делении ядер горючего и обладает средней
гамма-квантов порядка нескольких МэВ.
Захватное фотонное излучение образуется в основном за счет захвата нейтронов с энергией менее 1 кэВ (в основном тепловых) ядрами
элементов, входящих в состав материалов активной зоны и конструктивных элементов, окружающих ее.
Наличие потоков указанных ионизирующих излучений требует сооружение вокруг реактора устройства радиационной защиты значительной толщины, которая определяется исходя из нормированного
значения величины допустимого значения предела дозы (далее — мощности эквивалентной дозы).
Расчет биологической защиты реактора от нейтронов и гаммаизлучения сводится к определению распределения в защите плотности
потоков быстрых, промежуточных и тепловых нейтронов, а также гамма-излучения. Плотность потоков этих излучений в защите определяется не только первичным излучением, падающим на защиту, но и вторичным излучением, образованным в самой защите за счет замедления
и поглощения нейтронов. Быстрые нейтроны являются наиболее проникающими и в большинстве случаев определяют распределение плотности потоков промежуточных и тепловых нейтронов, а также захватного гамма
излучения, так как они по мере прохождения через защиту
за счет потери энергии превращаются в промежуточные нейтроны,
затем — в тепловые нейтроны, а поглощение последних вызывает образование захватного гамма-излучения.
энергией
3
E
Цель курсовой работы — определение толщины радиационной защиты реактора, исходя из допустимой мощности эквивалентной дозы
ионизирующих излучений. Достижению указанной цели служит расчет
распределения плотностей потоков нейтронного и гамма-излучения в
радиационной защите из монолитного бетона с последующим переходом к значениям эквивалентной дозы.
Для выполнения работы студенты получают индивидуальные задания по проведению научных исследований, содержащие следующие
исходные данные:
технологический состав бетона;
0
плотность потока быстрых нейтронов на входе в защиту —
среднюю энергию гамма-квантов на входе в материал защиты —
ср
;
г.в
плотность потока энергии внешнего гамма-излучения на входе в
0
защиту —
Расчет защиты реактора производится в следующей последова-
П .
г.в
П ;
б.н
тельности:
Определение химического состава бетона защиты на основании
данных о его технологическом составе.
Расчет ядерной плотности химических элементов в бетоне защиты,
определение макроскопического сечения выведения быстрых нейтронов, а также коэффициентов накопления промежуточных, тепловых
нейтронов и захватного гамма-излучения.
Определение распределения по толщине защиты плотности потока
и мощности эквивалентной дозы промежуточных, тепловых нейтронов
и захватного гамма-излучения.
Расчет мощности эквивалентной дозы внешнего гамма излучения
на входе в защиту, линейного коэффициента ослабления гаммаизлучения в бетоне, значения Z
Определение значений фактора внешнего накопления гамма излу-
бетона.
эф
чения в бетоне после предварительного определения значений фактора
накопления в Аl и Fe.
Расчет распределения мощности дозы внешнего гамма-излучения
по толщине защиты.
Расчет распределения суммарной мощности эквивалентной дозы
всех излучений по толщине защиты.
Определение требуемой толщины защиты реактора по распределе-
нию суммарной мощности эквивалентной дозы по толщине защиты
графически или аналитически.
4
K
M
K
K
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА БЕТОНА
Определение химического состава бетона осуществляется на основании данных о технологическом составе бетонных смесей (табл. 1)
и содержании химических элементов в компонентах бетонной смеси
(табл. 2). При этом технологический состав бетона корректируется
на эксплуатационный период с учетом того, что в его составе остается только химически связанная с цементом вода затворения, а
остальная вода испаряется. Для эксплуатационного периода количество химически связанной воды принимается равным 20 % от массы
портландцемента, 30 % от массы глиноземистого или гипсоглиноземистого цемента и 40 % от массы магнезиального цемента.
Химический состав бетона определяется содержанием химических элементов в материалах, составляющих бетонную смесь, с учетом их расхода на 1 м
3
. Содержание химического элемента рассчи-
тывается по формуле
i
N
KM
ij j
j
,
j
где
бетона, кг/м
кг/м
— содержание i-го элемента в j-м материале бетона в 1 м3
ij
3
;
— содержание j-го материала в бетоне, кг/м3 (cм. табл. 1);
j
i
N
— содержание i-го химического элемента в j-м материале,
j
3
(см. табл. 2);
— плотность j-го материала, кг/м3 (см. табл. 2).
j
Химический состав бетона определяется по формуле
m
,
K
где
iij
j
— содержание i-го химического элемента в бетоне, кг/м3.
i
1
5
K
K
2. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКОВ
И МОЩНОСТЕЙ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗЫ НЕЙТРОНОВ
И ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ПО ТОЛЩИНЕ ЗАЩИТЫ
Распределение плотности потоков и мощности эквивалентной дозы различных излучений рекомендуется рассчитывать для толщины
защиты 0, 10, 20, 40, 60, 80, 120, 160 и 200 см.
2.1. Плотность потока и мощность эквивалентной дозы
быстрых нейтронов
2.1.1. Плотность потока быстрых нейтронов
Распределение плотности потока нейтронов с энергией более 1,4
МэВ (быстрых нейтронов) в защите в зависимости от ее толщины
определяется по формуле
х
ППе
б.нб.н
х
П
где
— плотность потока быстрых нейтронов на толщине защи-
б.н
ты х от входа в защиту (от обращенной к активной зоне реактора
поверхности защиты), нейтрон/(см
0
П
— плотность потока быстрых нейтронов на входе в защи-
б.н
ту, нейтрон/(см
— макроскопическое сечение выведения быстрых нейтро-
выв
–1
нов, см
.
2
·с);
0
2
·с);
выв
,
(1)
х
Макроскопическое сечение выведения быстрых нейтронов вычисляется по формуле
n
i
выв выв
i
i
— микроскопическое сечение выведения i-го элемента,
где
выв
1
,
i
(2)
входящего в состав бетона, принимаемое по табл. 3;
— ядерная плотность i-го элемента в бетоне, ядер/см3.
i
Ядерная плотность определяется из выражения
23
где 6,023·10
A
— атомная масса i-го элемента, входящего в состав бетона;
i
— содержание i-го элемента в бетоне, г/см3.
i
6,023 10
i
23
— число Авогадро;
A
i
,
i
(3)
6
Таблица 1
Вода
бетонной смеси
3
Крупный
заполнитель
Мелкий
заполнитель
если она
Вяжущее
+ тонкомоло-
вводится
тая добавка,
если она
вводится
Кварцевый
Гранит 288 582 1147 183
песок
» » 304 620 1264 212
» То же 304 620 1264 212
Известняк 295 600 1264 250
песок
Кварцевый
Технологические составы бетонов
Крупный
заполнитель
Мелкий
+ добавка,
заполнитель
Материалы бетонной смеси Расход материала, кг на 1 м
стый цемент
15 2404
цемент
Магнезиальный
16 2410
Вяжущее
Плот-
№
она вводится
добавка, если
+ тонкомолотая
3
кг/м
ность
бетона,
1 2200 Портландцемент
2 2240 То же То же То же 298 592 1157 193
3 2280 » » » 290 610 1210 170
4 2340 » » Известняк 306 624 1211 199
5 2350 » » То же 295 620 1250 185
6 2380 » » » 224 688 1334 134
7 2391 » » Гранит 306 624 1262 199
8 2397 » » То же 300 624 1277 196
9 2400 » » Известняк 175 715 1388 122
10 2441 » » Гранит 224 688 1395 134
11 2472 » » То же 175 715 1440 122
бетона
состава
12 2480 » » » 176 717 1443 124
цемент
Глиноземистый
13 2400 » » Известняк 450 450 1250 250
14 2404
Гипсоглиноземи-
Продолжение табл. 1
Вода
бетонной смеси
3
Крупный
заполнитель
180
700
2670
Мелкий
заполнитель
225 1700 2250 225
если она
Крупный
заполнитель
тая добавка,
заполнитель
+ добавка, если
вводится
скрап
Стальной
То же То же 300 720 2130 220
Гематит » 400 920 2000 310
Лимонит
она вводится
Гематит 300 630 2160 183
песок
Кварцевый
Вяжущее
+ тонкомоло-
Мелкий
350 400
скрап
Гематит
Стальной
песок
Кварцевый
300 510 3690 183
скрап
Стальной
Материалы бетонной смеси Расход материала, кг на 1 м
Вяжущее
Плот-
она вводится
добавка, если
+ тонкомолотая
3
кг/м
ность
бетона,
Гипсоглиноземи-
цемент
стый цемент
Магнезиальный
стый цемент
Гипсоглиноземи-
№
состава
17 2700 Портландцемент Лимонит Лимонит 300 660 1500 240
19 3370
20 3620
21 4400
22 4440 То же То же То же 220 1725 2270 225
23 3273 Портландцемент
24 3660 То же Гематит То же 300 1050 2130 180
25 4300 »
26 4683 » То же
27 5000 » » То же 400 100 4250 250
28 5346 » — » 570 — 4520 256
бетона
Продолжение табл. 1
Вода
бетонной смеси
3
Крупный
заполнитель
Мелкий
заполнитель
300 220 3800 180
если она
Вяжущее
+ тонкомоло-
вводится
тая добавка,
скрап
Стальной
Шамот Шамот 310 670 830 210
То же То же 320 +320 482 700 278
Кварцевый
Известняк 320 +320 482 1000 278
песок
Серпентинит Серпентинит 230 + 250 600 847 243
+ карбид бора
То же 282 685 + 82 1138 205
песок
Кварцевый
+ карбид бора
Крупный
заполнитель
Мелкий
заполнитель
+ добавка, если
Известняк 282 725 + 41 1138 205
песок
Кварцевый
она вводится
Материалы бетонной смеси Расход материала, кг на 1 м
шамот
Вяжущее
Плот-
№
она вводится
добавка, если
+ тонкомолотая
3
кг/м
ность
бетона,
бетона
29 2391 Портландцемент
состава
30 2392 То же
31 3340 » Колеманит Гематит 380 220 2560 180
32 4500 » То же
цемент
Глиноземистый
33 5080 » » То же 270 230 4420 160
34 2020
Портландцемент +
35 2100
серпентинит
Портландцемент +
36 2400 То же
37 2150
38 2250 То же Гематит То же 250 + 250 500 1000 250
Окончание табл. 1
Вода
бетонной смеси
3
Крупный
заполнитель
Мелкий
заполнитель
если она
Вяжущее
+ тонкомоло-
вводится
тая добавка,
Крупный
заполнитель
» » 307 + 307 621 886 300
Мелкий
заполнитель
+ добавка, если
Гематит Серпентинит 300 + 300 600 800 300
она вводится
Шамот 300 + 300 598 + 24 825 293
» » 310 + 310 620 890 300
Датолит Датолит 400 + 400 400 880 300
Гематит +
карбид бора
» » 350 + 350 739 1635 390
Хромит Хромит 270 850 1500 180
Материалы бетонной смеси Расход материала, кг на 1 м
Портландцемент +
40 2326 То же То же То же 304 + 304 608 806 304
41 2421
шамот
Портландцемент +
Вяжущее
добавка, если
+ тонкомолотая
3
кг/м
ность
Плот-
бетона,
№
бетона
состава
серпентинит
она вводится
Портландцемент +
39 2300
серпентинит
42 2430
Портландцемент +
43 2330
шамот
датолит
Портландцемент +
44 2380
Глиноземистый
45 2426 То же То же То же 426 + 426 426 851 297
46 2800
цемент
47 3080 То же То же То же 291 829 1725 175
хромит
Портландцемент +
48 3464
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]