Физический расчет ядерного реактора
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ых концентраций производят для каждого элемента активной зоны и отражателя. Ядерная концентрация находится по формуле
,
где g - весовая концентрация элемента, - атомный вес элемента.
3.1.1 Расчет концентрации топлива
Топливом является двуокись урана (UO2), обогащенная по U235 на 3,3%. поэтому ядерная концентрация топлива рассчитывается следующим образом:
.
Расчет концентрации отдельных элементов, входящих в состав топлива, осуществляется следующим образом:
,
,
.
3.1.2 Расчет концентрации оболочки
Состав стальной оболочки ТВЭл следующий: железо (0.707), хром (0.18), никель (0.09), титан (0.008), марганец (0.015). Соответственно произведем расчет концентрации каждой компоненты, входящей в состав стали.
,
,
,
,
.
3.1.3 Расчет концентрации теплоносителя
Теплоносителем в данном ядерном реакторе служит гелий:
.
3.1.4 Расчет концентрации замедлителя
Замедлителем служит реакторный графит, концентрация которого определяется по формуле:
.
3.1.5 Расчет микро- и макросечений для "холодного" реактора
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:
,(3.1)
,(3.2)
где - табличные значения сечений;, 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.
Микроскопические сечения рассеяния практически не зависят от энергии тепловых нейтронов, поэтому непосредственно можно воспользоваться для них табличными данными. Макроскопические поперечные сечения вычисляются следующим образом:
?i=; причем ;
Замедляющую способность вещества можно оценить по соотношению
??si=
где ?i - логарифмический декремент, .
Поправочные коэффициенты и уточнение сечений
Произведем расчет сечений для температуры нейтронного газа равной 400 К.= 0.96, ff = 0.96 - поправки для U235 на отклонение от закона 1/v2.
бн - табличное сечение поглощения U235.
бн - табличное сечение деления U235.
Тогда, с учетом поправок, сечения для U235 пересчитываются по формулам (3.1-3.2).
Доли материалов в ячейке
Радиус ТВС составляет: 3.78 [см],
Внешний радиус ТВЭла составляет: 0.63 [см],
Внутренний радиус ТВЭла составляет: 0.6 [см],
Радиус топливной таблетки составляет: 0.57 [см],
Радиус технологического канала составляет: 5.0 [см],
Площадь ячейки составляет: 625 [см2]
Тогда площадь оболочки ТВЭла определяется по формуле:
Площадь топливной таблетки определяется по формуле:
.
Площадь, занимаемая теплоносителем, приходящаяся на 1 ТВЭл, определяется по формуле:
.
Площадь, занимаемая замедлителем:
.
Площадь пустот определяется по формуле:
Определим доли материалов:
. Доля замедлителя:
. Доля топлива:
. Доля теплоносителя:
. Доля конструкционных материалов:
. Доля пустот:
Расчет микро- и макросечений
Микро- и макросечения для графита:
,
,
,
,
,
,
,
,
.
Микро- и макросечения для U235:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
.
Микро- и макросечения для U238:
,
,
,
,
,
,
,
,
.
Микро- и макросечения для кислорода:
,
,
,
,
,
,
,
,
.
Микро- и макросечения для UO2:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
Микро- и макросечения для стали:
,
,
,
,
,
, ,
, ,
, ,
,,
, ,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
Микро- и макросечения для Гелия:
,
,
,
,
,
,
.
Все подготовленные исходные данные для физического расчета сводим в таблицу 1.
Таблица 1 - Исходные данные для физического расчета
МатериалAigiNibixSsМикросечение, [барн]Макросечение, [см-1]sasfssstrSaSfSsStrUO227010.22.27510220.01140.02166498.05422.71827.65525.550.420.3170.3750.7753U235235--7.51020--1.012510-4496422.718155110.3720.3170.011250.3833U238238--2.191022--1.5610-32.05--8.910.950