Физика и расчет ЯЭУ

1. Основные исходные данные и рабочие параметры рассчитываемого реактора
Параметры ТВЭЛа представлены в приложении 1.

Таблица 1 – основные исходные данные и рабочие параметры
Тепловая мощность 30 МВт
Ядерное горючее UO2
Обогащение 2,2%
Теплоноситель H20
Температура на входе 310 °C
Температура на выходе 320 °C
Материал оболочек ТВЭЛов Цирконий (Н-1)
Шаг расположения ТВЭЛов 1,276 см
Количество ТВЭЛов в ТВС 317
Диаметр ТВЭЛа 0,91 см
Толщина оболочки ТВЭЛа 0,065 см
Высота активной зоны 200 см
Отношение высоты а.з. к диаметру а.з. m 1,13

...

Оглавление
1. Основные исходные данные и рабочие параметры рассчитываемого реактора…………………………………………………3
2. Нейтронно-физические параметры критического стационарного реактора……………………………………………………………………..4
2.1 Предварительный расчет……………………………………………4
3. Ядерно-физические характеристик «холодного» реактора……….6
3.1 Расчет концентраций………………………………………………...6
3.3 Расчет макро и микро сечений………………………………………7
3.3 Расчет замедляющей способности и транспортных параметров…9
4. Расчет эффективного коэффициента размножения………………10
4.1 Расчет коэффициента размножения бесконечной среды………...10
5. Расчет эффективного коэффициента размножения………………14
Список литературы ………………………………………………….........16
Приложение 1……………………………………………………………...17

1. Основные исходные данные и рабочие параметры рассчитываемого реактора
Параметры ТВЭЛа представлены в приложении 1.

Таблица 1 – основные исходные данные и рабочие параметры
Тепловая мощность 30 МВт
Ядерное горючее UO2
Обогащение 2,2%
Теплоноситель H20
Температура на входе 310 °C
Температура на выходе 320 °C
Материал оболочек ТВЭЛов Цирконий (Н-1)
Шаг расположения ТВЭЛов 1,276 см
Количество ТВЭЛов в ТВС 317
Диаметр ТВЭЛа 0,91 см
Толщина оболочки ТВЭЛа 0,065 см
Высота активной зоны 200 см
Отношение высоты а.з. к диаметру а.з. m 1,13

5)S – площадь сечения прохода теплоносителя, приходящаяся на один элемент, см2 – удельный вес теплоносителя при рабочих параметрах, г/см3i – разность теплосодержания теплоносителя на выходе, ккал/кг.Таким образом, получившаяся скорость прокачки теплоносителя удовлетворяет установленным требованиям ( < 10 м/с – для жидких металлов).Ядерно-физические характеристик «холодного» реактора Расчет концентрацийВ данном рассчитываемом реакторе используется уран-ториевое топливо (оксид), В котором U238 является воспроизводящим элементом, а U235 –делящимся. Процент U235 в топливе составляет 2,2 %, поэтому ядерная концентрация элементов в топливе рассчитывается следующим образом:NUO2=NAγUO2M=6.023*1023*10,95254=2,5961*1022 см-3NU235=NUO2*0,022=2,5961*1022*0,022=5,7114*1020 см-3NU238=NUO2*0,978=2,5961*1022*0,978=2,539*1022см-3NO=NUO2*2=2,5961*1022*2=5,19*1022см-3Оболочка ТВЭЛ выполнена из сплава циркония с одним процентом ниобия. Сплав (Н-1). Концентрация рассчитывается следующим образом:NZrNb=NAγZrM=6,023*1023*6,5591=4,335*1022 см-3NZr=NZrNb*0,99=4,335*1022*0,99=4,291*1022 см-3NNb=NZrNb*0,01=4,335*1022*0,01=4,335*1020 см-3Теплоносителем в данном ядерном реакторе служит вода под давлением 16 МПа:NH2O=NAγZrM=6,02*1023*0,6718=2,24*1022 см-3NH=NH2O*2=2,24*1022*2=4,48*1022 см-3No=NH2O=2,24*1022 см-33.3 Расчет макро и микро сечений Необходимость обработки сечений связана с тем, что их значения, приведенные в справочниках, относятся к энергии нейтронов E = 0.0253 эВ соответствующей при распределении нейтронов по спектру Максвелла наиболее вероятной скорости v= 2200 м/с.При физико-нейтронных расчетах все поперечные сечения должны быть отнесены к средней скорости нейтронов. Следует отметить, что Максвелловский спектр тепловых нейтронов постепенно переходит в спектр замедляющихся нейтронов при температуре 293 К при энергии примерно равной E = 0.2 эВ, которая называется "энергией сшивки". В реальных средах распределение тепловых нейтронов не совпадает в точности с распределением Максвелла, поскольку имеет место поглощение тепловых нейтронов (спектр сдвинут в область больших энергий).Для удобства расчетов в теории реакторов принято, что тепловые нейтроны распределены по спектру Максвелла, но имеют более высокую эффективную температуру (температура нейтронного газа – ТНГ), которая превышает температуру замедлителя. Поперечные сечения поглощения и деления, отнесенные к средней скорости тепловых нейтронов, определяются по формуле:,,где – табличные значения сечений;fa, ff – поправочный коэффициент f , учитывающий отклонение сечения поглощения и деления от закона 1/v2.В тепловых реакторах температура нейтронного газа превышает температуру среды на 50–100°. Температура активной зоны в холодном реакторе с жидкометаллическим теплоносителем должна на 20–50° превышать температуру плавления теплоносителя. При подсчете ядерной концентрации необходимо учитывать зависимость плотности теплоносителя от температуры.Температура нейтронного газа 600 К, по таблице определим нужные поправочные коэффициенты. fa = 0,939, ff = 0,939 – поправки для U235 на отклонение от закона 1/v2. бн– табличное сечение поглощения U235. бн – табличное сечение деления U235.Полученные данные занесены в таблицу 2.Микроскопические сечения рассеяния практически не зависят от энергии тепловых нейтронов, поэтому непосредственно можно воспользоваться для них табличными данными. Макроскопические поперечные сечения вычисляются следующим образом:Σi= Необходимые микроскопические сечения для расчета были взяты из справочника. Так же были посчитаны соответствующие макроскопические сечения. Данные представлены в таблице 2.Таблица 2 – микроскопические и макроскопические сеченияМатериалσa*10-24σf*10-24σs*10-24ΣaΣfΣsUO2---0,2687820610,192815910,433859969U235396,1838337,5973150,2262770880,192815910,008567125O2--3,79--0,196784261U2381,674094-90,042504973-0,228508583Zr (Н-1)---0,005215557-0,268914705Zr0,114283-6,20,0049049-0,266096802Nb0,716586-6,50,000310657-0,002817904H2O---0,009195888-0,994280186H20,205092-20,30,009195888-0,910209144O2--3,75--0,0840710423.3 Расчет замедляющей способности и транспортных параметровЗамедляющую способность вещества можно оценить по соотношениюξΣsi=,где ξi – логарифмический декремент, ξi = 2/A. Σtr= Σa+Σs*(1-cosӨ),cosӨ=23A;Данные расчета занесены в таблицу 3.Таблица 3 – Замедляющая способность и транспортные параметрыМатериалξΣsiΣtrcosӨUO20,0265910,6937783-U2357,29E-050,234819910,002837O20,0245980,188584920,041667U2380,001920,270373480,002801Zr (Н-1)0,0059090,27216064-Zr0,0058480,269052270,007326Nb6,06E-050,003108360,007168H2O1,8309270,39316702-H21,8204180,312598940,666667O20,0105090,080568080,041667 Расчет эффективного коэффициента размножения4.1 Расчет коэффициента размножения бесконечной средыКоэффициент размножения бесконечной среды является важной характеристикой активной зоны реактора, т.к. по его величине можно судить о целесообразности продолжения расчета того или иного варианта. Коэффициент размножения для бесконечной среды рассчитывается по формуле четырех сомножителей:,где – коэффициент размножения на тепловых нейтронах в топливе, – коэффициент размножения на быстрых нейтронах, – вероятность избежать резонансного захвата, – коэффициент использования тепловых нейтронов.Расчет :Топливо применяется в виде UO2 и выражение для имеет вид:η=νfΣfтоплΣaтопл=2.41*0,192810,22628=1,72886.Расчет :Величина в гетерогенном реакторе зависит от формы, размеров и расположения топливного блока, а также от диффузионных свойств топлива.При расчете величины для стержневых и трубчатых ТВЭЛ можно воспользоваться формулой:,где ─вероятность того, что быстрый нейтрон испытывает какое-либо столкновение с ядром .