19145

Бесконечная решетка. Элементарная ячейка. Распределение нейтронов различных энергий по ячейке

Лекция

Энергетика

Лекция 9. Бесконечная решетка. Элементарная ячейка. Распределение нейтронов различных энергий по ячейке. Коэффициент размножения бесконечной периодической решетки. Твэлы и ТВС реакторов ВВЭР и РБМК. 9.1. Бесконечная решетка Кроме гомогенной среды топлива и замедлите...

Русский

2013-07-11

419 KB

25 чел.

Лекция 9. Бесконечная решетка. Элементарная ячейка. Распределение нейтронов различных энергий по ячейке. Коэффициент размножения бесконечной периодической решетки. Твэлы и ТВС реакторов ВВЭР и РБМК.

9.1. Бесконечная решетка

Кроме гомогенной среды топлива и замедлителя возможно создание гетерогенной среды. В гетерогенной среде топливо содержится в виде блоков определенной формы (сфера, цилиндр и т.п.), расположенных в замедлителе в узлах некоторой периодической решетке. Блоки топлива часто называют тепловыделяющими элементами (твэлами). Бесконечная решетка представляет собой пространство, заполненное замедлителем, в котором в определенном порядке расположены блоки топлива.

Оказалось, что у гетерогенной среды имеются значительные преимущества по сравнению с гомогенной средой. Поэтому активные зоны всех существующих реакторов являются гетерогенными. Они заполнены твэлами, объединенными в тепловыделяющие сборки (ТВС), между которыми протекает теплоноситель. В канальных реакторах топливные каналы с топливом и теплоносителем расположены в замедлителе. В корпусных реакторах теплоноситель является одновременно и замедлителем нейтронов.

У гетерогенных реакторов, по сравнению с гомогенными, имеются технологические и физические преимущества. Технологически удобно производить твэлы и ТВС как независимые изделия. Физические преимущества заключаются в возможном росте коэффициента размножения бесконечной среды при переходе от гомогенной среды к гетерогенной в рамках сохранения разбавления и составов. Например: максимальный Кгомогенной смеси графита и природного урана равен 0,85, однако первые реакторы были изготовлены именно из этим материалов. Основное физическое преимущество заключается в значительном увеличении вероятности избежать резонансного поглощения φ. Это связано с так называемым блок-эффектом. Блок-эффект - влияние гетерогенной структуры активной зоны на физические характеристики реактора, заключающееся в:

  •  Резком уменьшении потока резонансных нейтронов в твэле от края к центру. Большая часть топлива оказывается «заблокирована» для резонансных нейтронов тонким слоем вблизи границы твэла.
  •  Уменьшении потока тепловых нейтронов в твэле от края к центру
  •  Уменьшении плотности потока тепловых нейтронов в замедлителе по мере приближения к твэлу в каждой элементарной ячейке активной зоны.

Различия между гетерогенной и гомогенной средами приводит к тому, что коэффициенты в формуле четырех сомножителей изменяются. Качественное сравнение коэффициентов приведено в таблице 9.1.

Таблица 9.1.

Гомогенная среда

Знак

Гетерогенная среда

μгом

<

μгет

φгом

<

φгет

θгом

>

θгет

ηгом

=

ηгет

<

Как видно из таблицы 9.1, при переходе от гомогенной к гетерогенной среде два коэффициента увеличиваются, а один уменьшается. При этом эффект от увеличения вероятность избежать резонансного захвата оказывается более значимым, чем другие. Поэтому при данном переходе максимальный коэффициент размножения в бесконечной среде растет. В таблице 9.2 приведены значения  для оптимальных параметров гетерогенных размножающих сред с топливом в виде бесконечных цилиндров в треугольной решетке.

Таблица 9.2.

Оптимальные параметры гетерогенных размножающих сред с топливом в виде бесконечных цилиндров в треугольной решетке

(уран природный – замедлитель)

Замедлитель

С=Nзам/NU

H2O

1,4

0,99

D2O

50

1,20

C

150

1,07

9.2. Элементарная ячейка

В гетерогенной среде можно выделить пространственную область, которая называется элементарная ячейка. На границах элементарной ячейки можно поставить условия симметрии для нейтронного потока, т.к. в бесконечной гетерогенной среде поток нейтронов любой энергии является периодической функцией от пространственных координат. При этом период этой функции в любом направлении равен размеру элементарной ячейки. На границах ячейки ток нейтронов равен нулю.

Примеры элементарных ячеек реакторов ВВЭР, РБМК и СANDU изображены на рисунках 9.1, 9.2 и 9.3 соответственно.

Рис. 9.1. Элементарная ячейка реактора ВВЭР

1 – топливо; 2 – оболочка; 3 – вода (замедлитель и теплоноситель)

Рис. 9.2. Элементарная ячейка реактора РБМК

1 – топливо; 2 – оболочка; 3 – вода (теплоноситель); 4 – труба; 5 – графит (замедлитель)

9.3. Распределение нейтронов различных энергий по ячейке.

В гомогенной среде пространственное распределение нейтронов отсутствует, т.к. нет пространственных неоднородностей. В ней можно рассматривать только зависимость потока нейтронов от энергии нейтронов.

В гетерогенной среде будет существовать пространственная зависимость нейтронов. Для каждой энергии нейтронов (группы) пространственная зависимость потока будет периодической функцией. В каждом твэле и замедлителе вокруг него распределение нейтронов будут повторять распределения в аналогичных областях. Поэтому для анализа пространственных эффектов рассматривают характерную область – элементарную ячейку.

9.4. Твэлы и ТВС реакторов ВВЭР и РБМК

Ректор ВВЭР

ВВЭР – водоводяной энергетический реактор. Цилиндрические твэлы ВВЭР расположены узлах треугольной (шестигранной) решетки с шагом 1,25 см. На рис. 9.1 схематично изображены твэл и топливные таблетки ВВЭР-1000. В качестве ядерного топлива для твэл используются топливные таблетки из спеченной двуокиси урана с ужесточёнными допусками и повышенными требованиями по внешнему виду, доспекаемости, пористости, размеру зерна, что приводит к существенной стабилизации и улучшению качества выпускаемой продукции. Таблетки имеют плотность (10,4-10,7) г/см3, наружный диаметр 7,57-0,03 мм, центральное отверстие диаметром 2,35+0,2 мм, фаски, снижающие взаимодействие топлива с оболочкой и уменьшающие скалываемость при загрузке. На рис. 9.2 схематично изображена ТВС ВВЭР-1000.

Рис. 9.1. Твэл и таблетки ВВЭР

Рис. 9.2. ТВС реактора ВВЭР-1000.


Ректор РБМК

РБМК – реактор большой мощности кипящий (канальный). Цилиндрические твэлы РБМК расположены в топливной трубе, по которой течет вода. Трубы с твэлами расположены в узлах квадратной ячейки с шагом 20 см в графитовых блоках. На рис. 9.3 схематично изображены ТВС реактора РБМК-1000.

Рис. 9.3. ТВС реактора РБМК-1000


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80816. Общая характеристика Федерального закона «Об охране окружающей среды» 37.01 KB
  Основы управления в области охраны окружающей среды; глава III. Права и обязанности граждан общественных и иных некоммерческих объединений в области охраны окружающей среды; глава IV. Экономическое регулирование в области охраны окружающей среды; глава V.
80817. Природоресурсное законодательство как источник экологического права 27.65 KB
  В отличие от законодательства об окружающей среде в собственном смысле природоресурсное законодательство более развито поскольку как подчеркивалось ранее экологическое законодательство в России развивалось применительно к использованию и охране отдельных природных ресурсов. Природоресурсное законодательство это совокупность законов регулирующих отношения по использованию и охране отдельных природных объектов. Оно включает: Земельный кодекс Российской Федерации; Федеральный закон Об обороте земель сельскохозяйственного назначения...
80818. Понятие экологических правоотношений. Виды, содержание, объекты, субъекты 31.59 KB
  В соответствии с функциями норм права экологические правоотношения формируемые на их основании подразделяются на регулятивные и охранительные. Регулятивные экологические правоотношения направлены на обеспечение развития общественных отношений по природопользованию и охране окружающей среды. Это правоотношения по поводу экологического нормирования экспертизы лицензирования сертификации аудита ведения государственных кадастров природных ресурсов и комплексов мониторинга и др. К охранительным правоотношениям относятся правоотношения по...
80819. МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ УПРАВЛЕНЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 44.01 KB
  Механизм управления это совокупность средств и методов воздействия на деятельность людей коллективов. Особенность механизма управления состоит в возможности усиливать или ослаблять влияние средств управления выбирать средства воздействия. Механизм управления: средства управления то с помощью чего можно управлять; методы управления способы приведения рычагов в действие.
80820. СУЩНОСТЬ, ФУНКЦИИ И ПРОЦЕСС УПРАВЛЕНИЯ 45.39 KB
  Успех управления определяется искусством выбора вида воздействия. Рассмотрим подробнее структурносодержательный аспект управления. Сюда относятся: предвидение планирование либо прогнозирование грядущего состояния объекта управления; организация распределение меж работниками функций и задач предоставление им всего нужного для выполнения рабочих заданий; активизация побуждение людей к работе; координирование согласование усилий работников в процессе выполнения работы; регулирование устранение нежелательных отклонений в...
80821. УПРАВЛЕНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ: СУЩНОСТЬ И СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ 44.2 KB
  Анализ рынка труда и управление занятостью. Обеспечение рациональных условий труда в том числе благоприятной для каждого человека социальнопсихологической атмосферы. Управление производительностью труда. Объем работ по каждому из перечисленных видов деятельности зависит от следующих факторов: размеры предприятия; характеристики производимой продукции; ситуация на рынке труда; квалификация персонала; степень автоматизации производства; социальнопсихологическая обстановка на предприятии и за его пределами.
80822. МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ОЦЕНКИ ПЕРСОНАЛА 45.33 KB
  Оценка персонала имеет своей целью изучить степень подготовленности работника к выполнению именно того вида деятельности которым он занимается а также выявить уровень его потенциальных возможностей с целью оценки перспектив роста а также разработки кадровых мероприятий необходимых для достижения целей кадровой политики. Основным требованием при проведении аттестации являются: отделение критики от самой процедуры оценки. Методы оценки по их направленности: 1.
80823. ОСНОВЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ РЕСУРСОВ 46.28 KB
  Кадровое планирование планирование персонала это целенаправленная деятельность по подготовке кадров обеспечению пропорционального и динамичного развития персонала расчету его профессионально-квалификационной структуры определению общей и дополнительной потребности контролю за его использованием. Сущность кадрового планирования заключается в создании условий для предоставления людям рабочих мест в нужный момент времени и в необходимом количестве в соответствии с их способностями склонностями и требованиями бизнеса Основные задачи...
80824. ОРГАНИЗАЦИЯ КАК СИСТЕМА: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ПРИЗНАКИ, СВОЙСТВА, ФУНКЦИИ 46.73 KB
  Организация это функция управления целью которой является достижение миссии задачей формирование структур организации из множества элементов обеспечение всем необходимым для ее нормальной работыматериалами оборудованием денежными средствами знаниями персоналом и т. В любой организации реализуются три ключевых процесса: получение ресурсов из внешней среды производство продукта и передача его во внешнюю среду. Основные потоки организации: на входе поступление материалов рабочей силы капитала; на выходе готовый продукт товары...