Оптимизация формы активной зоны

Рассмотрим зависимость:

Рис.20. Отношение критических объемов цилидрического и сферического реактора в зависимости от соотношения экстраполированных размеров цилиндра

- отношение критической цилиндрической активной зоны к критической сферической активной зоне.

Это отношение принимает минимальное значение при коэффициенте уплотнения активной зоны: β = 1,085 и оптимальное относительно баланса нейтронов (рис.20). При этом значении β отношение поверхности цилиндра к объёму цилиндра минимальное, а т.к. утечка нейтронов - поверхностный процесс, то баланс нейтронов наилучшей. При этом объём цилиндра на 14 % >объёма сферы, а поэтому больше и загрузка топлива. Для параллелепипеда объём на 24 % >, чем сферы. Применяемый β в действующих реакторах отличается от β = 1,085.

В ВВЭР – 1000 β = 0,86, т.е. активная зона развита по высоте, что объясняется требованием транспортабельности корпуса реактора по железной дороге.

В РБМК -1000 и БН – 600 активная зона развита по диаметру: β = 12000/7000 ≈ 2 – для

РБМК-1000; β = 2050/750 ≈ 3 – для БН-600.

Высота активной зоны РБМК – 1000 ограничена из условия ограничения паросодержания %, с целью исключить плёночный режим кипения при котором в отличии от пузырькового резко снижается α – коэффициент теплоотдачи от твэлов к кипящей воде.

В БН – 600 высота ограничена из условия максимальной температуры твэлов, т.к. они работают в более теплонапряжённых условиях, чем ВВЭР и РБМК.

Два значения критической массы

Из рис.21,22 следует, что при больших обогащениях топлива одному значению критического объёма соответствует 1 значение критической массы, т.е. в 1 критическом объёме может быть только 1 критическая масса.

Рис.21. Зависимость критической массы от критического объема

Рис.22. Материальный параметр в зависимости от шага ТВ

При малых обогащениях в 1 критическом объёме может быть 2 критической массы (не одновременно). Это объясняется зависимостью:

æ² = f ( ): при больших Х ₅ – максимума нет, а при малых Х ₅ максимум имеется. Так как есть максимум, то одному и тому же материальному параметру критического реактора и критическому объёму соответствует 2 шага твэла, а поэтому 2 критической массы (рис.23):

Для транспортных реакторов важны габариты активной зоны, поэтому оптимальный шаг твэла определяется по максимальному значению материального параметра, т.е. применяется повышенное обогащение топлива с тем, чтобы уменьшить габариты и массу реактора.

В энергетических реакторах шаг твэла оптимизируют по максимальному значению коэффициента размножения (рис.24).

При этом соответствует заданной компании реактора, это объясняется тем, что для энергетических реакторов габариты и вес не так важны, как для транспортных, а более важна стоимость загрузки топлива.

К_эф

S_тв^опт S_тв

Рис.24. Зависимость шага твэла от коэффициента размножения