Наумов Моделирование нестационарных и аварийных 2007

Порядок выполнения работы

1.Произвести моделирование переходных процессов в одно и шестигрупповом приближении описания запаздывающих нейтро-

нов в соответствии с табл. 2.1 (варианты 1 и 2). В процессе моделирования записывать в табл. 2.2 t(6)ас – время (от начала интервала) достижения асимптотической плотности, а также асимптотическую плотность нейтронов в одно- и шестигрупповом приближении. Объяснить причину совпадения асимптотической плотности ней-

тронов в одно- и шестигрупповом приближении. Объяснить причину роста t(6)ас в процессе приближения к критическому состоянию.

2.Вывести и зарисовать в рабочем журнале зависимости плотности нейтронов N(1)(t) и n(6)(t) в линейном и логарифмическом масштабе.

3.Добавить к зависимостям, указанным в п. 2, зависимость обратного времени жизни эмиттеров запаздывающих нейтронов (параметр LAMBDA для шестигруппового приближения). Вывести и зарисовать в рабочем журнале полученные зависимости.

4.Произвести моделирование переходных процессов в одно- и шестигрупповом приближении описания запаздывающих нейтронов в соответствии с табл. 2.1 (варианты 3 и 4).

5.Вывести и зарисовать в рабочем журнале зависимости плотности нейтронов n(1)(t) и n(6)(t) в линейном масштабе. Объяснить причину несовпадения зависимостей.

6.Произвести моделирование переходных процессов в одно и шестигрупповом приближении описания запаздывающих нейтронов в соответствии с табл. 2.1 (варианты 5 и 6).

7.Вывести и зарисовать в рабочем журнале зависимости плотности нейтронов n(1)(t) и n(6)(t) в линейном масштабе. Объяснить причину несовпадения зависимостей.

61

62

Вопросы для самопроверки

1.Чем определяется поведение нейтронной плотности до установления асимптотической плотности нейтронов в подкритическом реакторе?

2.Чем определяется асимптотическая плотность нейтронов в подкритическом реакторе?

3.Каковы характерные времена запаздывания нейтронов от самой долгоживущей и самой короткоживущих групп эмиттеров запаздывающих нейтронов?

4.Чем отличается поведение нейтронной плотности в моделях с одной и с шестью группами запаздывающих нейтронов?

5.Мощность и концентрации эмиттеров запаздывающих нейтронов в реакторе с источником нейтронов стационарны. Что можно сказать о его реактивности?

63

Работа 3 ЛИНЕЙНЫЙ ВВОД (ВЫВОД) РЕАКТИВНОСТИ

Цель: демонстрация переходных процессов в ядерном реакторе при различной скорости ввода (вывода) реактивности.

Содержание: моделирование переходных процессов я ядерном реакторе при линейном вводе (выводе) реактивности.

Модель: ядерный реактор в точечном приближении без обратных связей по реактивности с шести групповым описанием запаздывающих нейтронов.

Исходное состояние: критическое.

Извлечения из Правил ядерной безопасности:

Ядерный реактор должен быть оснащен каналами контроля по уровню мощности и по скорости изменения мощности.

Скорость введения положительной реактивности не должна превышать 0,07 β/с.

Если эффективность органа регулирования превышает 0,3β, то введение положительной реактивности должно быть пошаговым с «весом» шага не более 0,3β.

Введение отрицательной реактивности по сигналу аварийной защиты желательно осуществлять исполнительными органами СУЗ с наиболее высокой скоростью.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Исследование переходного процесса при вводе (выводе) реактивности по линейному закону.

Запаздывающие нейтроны представить шестигрупповой моделью. Скорость ввода реактивности и время наблюдения за процессом в соответствии с табл. 3.1.

Установить скорость увеличения реактивности (выведения поглощающего стержня из активной зоны) и время ввода.

64

Запустить программу на счет. По истечении заданного времени ввода реактивности программа остановится и на экран вновь будет выдано меню изменений.

Установить отрицательную скорость изменения реактивности (введение стержня в активную зону) и, не меняя ранее установленного времени ввода, запустить моделирующую программу на счет. По истечении времени вывода реактивности будет достигнуто критическое состояние, программа остановится и на экран вновь будет выдано меню изменений.

Установить скорость изменения реактивности 0 (стержень зафиксирован в активной зоне).

Установить интервал работы программы равным или большим интервала, оставшегося до конца времени наблюдения за процессом. Запустить моделирующую программу на счет.

Произвести расчет вариантов для всех значений скорости ввода (вывода) реактивности, указанных в табл. 3.1.

Для каждого варианта зарисовать (на одном графике) зависимости плотности потока нейтронов и эмиссии запаздывающих нейтронов по группам (в линейном масштабе и при наличии взаимного масштабирования), а также параметра

LAMBDA = ∑λi (t)Ci (t) =F(t).

∑Ci (t)

65

Сопоставить поведения нейтронного поля в реакторе при различной скорости изменения реактивности и сделать обобщенные выводы.

Задание 2. Изучение закономерностей маневрирования мощностью ядерного реактора при линейном законе изменения реактивности.

Запаздывающие нейтроны представить шести групповой моделью. Скорость ввода и вывода реактивности dρ/dt задается преподавателем. Моделирование произвести в следующей последовательности: Линейно вводить реактивность со скоростью dρ/dt в течение времени

tввод = 0,2/(dρ/dt).

Оставаться при достигнутом значении реактивности при dρ/dt = 0 в течение времени ожидания tож = {0, 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100} с;

10

25

310

420

540

660

780

8100

Линейно выводить реактивность со скоростью dρ/dt в течение

времени tвывод = tввод = 0,2/(dρ/dt) до достижения критического состояния.

Ввести dρ/dt = 0 и ожидать завершения времени наблюдения за процессом, определенного соотношением tнаб = 2*tвв + tож + 100 с.

Повторить пуск реактора со всеми значениями времени ожидания, указанными выше.

66

Построить график зависимости относительной величины достигнутой мощности от времени нахождения при максимальной реактивности.

Задание 3. Сравнение реактивности, вводимой стержнями АЗ, и скорости их сброса на эффективность аварийной защиты.

Задание 4. Маневрирование мощностью ядерного реактора.

Используя график относительного изменения мощности, полученный при выполнении задания 2, перевести реактор на уровень мощности, превышающий номинальный в 1,5; 2; 5 раз. Убедиться, что минимальный период разгона реактора не менее допустимого. Попытайтесь решить ту же задачу, не используя графика относительного изменения мощности.

Задание 5. (Для самостоятельной работы) Исключение всплеска при увеличении мощности ядерного реактора.

Предложите кусочно-линейный режим ввода реактивности, не приводящий к появлению всплеска мощности.

Рекомендация. Обратитесь к п. 1.8 в [4].

67

Вопросы для самопроверки

1.Какие требования предъявляют «Правила ядерной безопасности» к скорости ввода отрицательной реактивности (скорости срабатывания АЗ)?

2.Как отличается текущий период при линейном вводе реактивности от асимптотического периода при ступенчатом вводе той же реактивности?

3.Как ведет себя мощность реактора при линейном вводе реактивности с минимальной скоростью; со скоростью, сравнимой с обратным временем жизни запаздывающих нейтронов?

4.Каким образом можно при ограниченной скорости ввода реактивности перевести реактор на другой уровень мощности за (любое) ограниченное время? За минимальное время?

5.Чем отличается характер изменения мощности при медленном и быстром (скачкообразном) изменении реактивности?

6.Чем определяется энерговыделение в реакторе после срабатывания АЗ? Как минимизировать величину энерговыделения?

7.Вывести в простейшей форме (в приближении нулевого времени жизни мгновенных нейтронов) уравнения кинетики при линейном вводе реактивности. Показать качественно характер поведения его решения.

68

Работа 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ И

МЕХАНИЗМА САМОРЕГУЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Цель: изучение влияния обратных связей в реактивности по температуре топлива и замедлителя на протекание нейтроннофизических процессов в ЯР.

Содержание: моделирование нейтронно-физических процессов в критическом ЯР при скачкообразном вводе реактивности.

Модель: ядерный реактор в точечном приближении с обратными связями в реактивности по температуре топлива и замедлителя; запаздывающие нейтроны представлены шестью группами; ввод реактивности скачкообразный.

Исходное состояние: критическое.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Изучение переходных процессов в ядерном реакторе, обусловленных влиянием обратной связи в реактивности по температуре топлива.

Произвести моделирование вариантов переходных процессов при скачкообразном введении реактивности и αзам = 0 в соответствии с заданиями табл. 4.1.

Записать в табл. 4.1.

69

Вывести на экран семейства зависимостей мощности W(t) и температуры топлива Tтоп(t) для всех вариантов с одинаковым скачком реактивности и зарисовать их в отчет.

Построить зависимости Wмакс, Wкон и ∆ρтоп от величины скачка реактивности.

Выявить и объяснить особенности поведения мощности и температуры топлива.

Задание 2. Изучение переходных процессов в ядерном реакторе, обусловленных влиянием обратной связи по температуре топлива в приближении мощностного коэффициента реактивности.

Это приближение реализуется, если предположить, что теплоемкость топлива равна нулю и обратная связь по температуре топлива стала безинерционной.

Произвести моделирование вариантов переходных процессов предложенных в третьей части табл. 4.1 (для изотермического коэффициента реактивности – 0,00003 1/К) при исходном и «нулевом» значении теплоемкости топлива. Для решения поставленной задачи при сохранении устойчивости расчетной схемы можно считать «нулевым» значение Стоп = 1 кДж/т град.

Вывести на экран семейства зависимостей мощности W(t) и температуры топлива Tтоп(t) для рассчитанных вариантов и зарисовать их в отчет.

Отметить и объяснить особенности поведения мощности реактора и температуры топлива.

Используя асимптотическое значение мощности, определить мощностной коэффициент реактивности.

Задание 3. Изучение переходных процессов в ядерном реакторе, обусловленных влиянием обратной связи по температуре топлива и замедлителя.

Произвести моделирование переходного процесса при скачкообразном введении реактивности 0.1β, приняв изотермический коэффициент реактивности по топливу αТоп = –0,00001 1/К, по замедлителю α зам= +0,00006 1/К и различной массе замедлителя Мзам.

70