23320

МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЙТРОННОЙ ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА

Лабораторная работа

Физика

От состава материалов защиты зависит также и разбиение спектра нейтронов на энергетические группы при расчётах. Чем тяжелее защита когда в ней преобладают тяжёлые материалы тем она более материалоёмка тем на большее число групп нейтронов разбивается спектр и сложнее расчёты. Целью работы является расчёт поглощения нейтронов по программе NEUTRON2 и исследование распределений быстрых и тепловых нейтронов по глубине однородных поглотителей из различных материалов. Рассматривается прохождение через защиту быстрых нейтронов источники...

Русский

2013-08-03

134 KB

11 чел.

8

Министерство образования Российской Федерации

Томский политехнический университет

Физико-технический факультет

Кафедра 21

МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЙТРОННОЙ ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА

Методические  указания

к  лабораторной  работе

Томск – 2003


УДК

МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЙТРОННОЙ ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА

Методические указания к лабораторной работе

Составил:    доцент Колпаков Г.Н.

Рецензент:   доцент Лавренюк А.Ф.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы методическим семинаром кафедры 21 ФТФ  “     “______________ 2003 г.

Зав. кафедрой 21 ФТФ

профессор                                                                                    В.И. Бойко

Предс. метод. комиссии ФТФ

доцент                                                                                          В.Д. Каратаев


ВВЕДЕНИЕ

Размеры, вес, а следовательно и затраты на создание нейтронной защиты реактора зависят от состава используемых материалов. От состава материалов защиты зависит также и разбиение спектра нейтронов на энергетические группы при расчётах. Чем «тяжелее» защита (когда в ней преобладают тяжёлые материалы), тем она более материалоёмка, тем на большее число групп нейтронов разбивается спектр и сложнее расчёты. И наоборот, когда в защите применяют лёгкие материалы – меньше её материалоёмкость, ведущей группой являются быстрые нейтроны, а расчёты можно выполнять по двухгрупповой методике.

 

Целью работы является  расчёт поглощения нейтронов по программе NEUTRON-2 и исследование распределений быстрых и тепловых нейтронов по глубине однородных поглотителей из различных материалов.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Предлагаемая для расчётов методика основана на двухгрупповом разбиении нейтронного излучения, ослабляемого защитой реактора. Рассматривается прохождение через защиту быстрых нейтронов, источники которых сосредоточены за её пределами, в активной зоне реактора, и диффузия тепловых нейтронов в защите, возникающих при замедлении быстрых.

Такой подход, когда ведущей группой являются быстрые нейтроны, наиболее желателен при конструировании первичной защиты реактора.

В соответствии с этим записываются два уравнения, описывающие закон распределения в защите быстрых нейтронов, и закон распределения тепловых нейтронов. В частности, для быстрых нейтронов принят экспериментальный закон:

, (1)

где  – плотность потока нейтронов при входе в слой; d – толщина слоя защиты; Rа.з – радиус активной зоны; r – радиус внешней кривизны слоя;  -  длина релаксации в материале слоя; - показатель, зависящий от геометрии:  = 0 – для плоского источника,  = 1 – для цилиндрического источника,  = 2 – для сферического источника.

Уравнение диффузии для плотности потока тепловых нейтронов в выбранном направлении имеет вид:

, (2)

где Фт х – текущее значение плотности потока тепловых нейтронов по глубине защиты; L – диффузионная длина; Dт – коэффициент диффузии в тепловой группе.

Для решения уравнения (2) и получения необходимого расчётного выражения для Фт х источники нейтронов в тепловой группе приводят в соответствие с законом распределения быстрых нейтронов по защите. Если пренебречь поглощением быстрых нейтронов при переходе их в тепловые, то

. (3)

С учётом (3) решение уравнения (2) /1/ даёт расчётное соотношение для тепловой группы нейтронов:

, (4)

где Фтобо  потоки тепловых и быстрых нейтронов при входе в слой; d – толщина слоя;   длина релаксации быстрых нейтронов; L  длина диффузии тепловых нейтронов; а – сечение поглощения тепловых нейтронов.

Таким образом, предлагается с помощью уравнений (1) – (быстрая группа нейтронов) и (4) – (тепловая группа нейтронов) составить программу расчёта первичной защиты реактора в боковом направлении.

При расчёте ослабления быстрых нейтронов в периферийном (внешнем) слое одновременно уточняется его толщина (х):

, (5)

где   длина релаксации в слое; Фб(х=0) – поток быстрых нейтронов при входе в слой; Фб(доп) – принимаемый допустимый поток быстрых нейтронов за защитой.

2. ВЫБОР ЗАЩИТНОЙ КОМПОЗИЦИИ

Предлагается составить четырёхслойную композицию и пронуме-ровать слои в направлении удаления от поверхности активной зоны.

Роль первого слоя защиты выполняет отражатель. Его толщина определяется нейтронно-физическим расчётом.

Второй слой защиты объединяет стенки корпуса реактора, стенки кожуха тепловой защиты и иногда стенки теплообменника (или  парогенератора).

Третий слой – это тепловая защита. Её толщина редко превышает 1 м.

Четвёртый слой является биологической защитой, предназначенной для снижения опасных излучений до уровня предельно допустимых. Толщина определяется расчётом.

Выбор материалов и толщина внутренних слоёв защиты зависят от типа реактора. Рекомендации приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Состав первичной защиты некоторых типов энергетических реакторов

Тип реактора

Номер слоя

1

2

3

4

ВВЭР

ЖВЗ (0,3-0,4 м)

Fe (0,2 м)

Н2О (1 м)

бетон

РБМК

С (0,9-1,0 м)

Fe (0,1-0,2 м)

Н2О (1 м)

бетон

GCR

С (0,9-1,0 м)

Fe (0,2 м)

FeC (0,5 м)

бетон

AGR

С (0,9-1,0 м)

Fe (0,1-0,2 м)

Ж/бетон (1 м)

бетон

SGR

С (0,9-1,0 м)

Na (0,3-0,5 м)

FeC (0,5 м)

бетон

3. ВВОДИМЫЕ ДАННЫЕ

1. Номер слоя  i = 1,2,3,4.

2. Длина релаксации i (см).

3. Сечение поглощения ai  (см-1).

4. Длина диффузии Li (см).

5. Радиус активной зоны Rа.з (см).

6. Радиус внешней кривизны слоя  ri (см).

7. Параметр альфа = 0,1,2.

8. Исходный поток быстрых нейтронов  Фбо.

9. Исходный поток тепловых нейтронов  Фто.

10. Толщина внутренних слоёв d1, d2, d3 (см).

 

4. ВЫБОР КОНСТАНТ

Константы для расчёта выбираются или рассчитываются с помощью приводимых ниже таблиц.

Таблица 2.

Сечения взаимодействия некоторых элементов с тепловыми нейтронами /2/

Элемент

Массовое число

Сечение, барн

Плотность, г/см3

s

a

He*

4

0,8

0,007

0,007*

C

12,01

4,8

0,003

1,67

B

10,82

4

755

2,45

Na

22,99

4

0,515

0,856

K**

39,1

1,97

2,1

0,747

Mg

24,32

3,6

0,063

1,739

Al

26,98

1,4

0,23

2,7

Fe

55,85

11

2,53

7,87

Zr

91,22

8

0,18

6,45

Mo

95,95

7

2,5

10,2

*    P = 10 МПА

**  Плотность Na – K   0,775 г/см3.

Таблица 3.

Характеристики для тепловых нейтронов в различных веществах /3,4/

Материал

a, см-1

L, см

Графит

0,000362

54

Н2О

0,0221

2,85

Fe

0,222

1,26

О/бет

0,0089

7,75

Т/бет

0,0581

3,27

Na

0,013

16,0

К

ЖВЗ

ЖГЗ

Таблица 4.

Длина релаксации быстрых нейтронов в графите при толщине 0-125 см /3/

Еп,  МэВ

, см

0,7-1,5

12,20

1,5-2,5

12,10

2,5-4,0

12,30

2,0-10,0

13,20

3,0-10,0

13,70

4,0-10,0

14,50

5,0-10,0

15,00

7,0-10,0

13,60

Таблица 5.

Длина релаксации быстрых нейтронов спектра реактора в воде /3/

Толщина слоя, см

Еп,  МэВ

2-10

2

3-10

3

0-30

7,6

8,2

8,2

8,2

30-60

9,1

9,3

9,3

9,5

60-100

10,6

10,7

10,6

10,7

0-100

9,0

9,2

9,3

9,8

Таблица 6.

Длина релаксации быстрых нейтронов в железе (Cm 3)

Еп,  МэВ

,  см

0,5

13,5

0,7-1,5

12,0

1,5-2,5

8,4

2,5-4,0

6,8

2,0-10,0

7,1

3,0-10,0

6,5

4,0-10,0

6,4

5,0-10,0

6,3

7,0-10,0

6,3

 Часто выбирают   = 7,6 см.

Таблица 7.

Длина релаксации быстрых нейтронов в железо-графитовой защите /3/

Состав защиты

Еп,  МэВ

1

5

67% Fe + 33% C

9,7

8,0

30% Fe + 70% C

12,0

-

50% Fe + 50% C

9,5

9,1

Таблица 8.

Длина релаксации быстрых нейтронов спектра реактора в О/бетоне плотностью 2300 кг/м3 /4/

Толщина бетона,  м

,  см

0-0,2

9,6

0,2-0,5

12,2

0,5-0,8

13,0

0,8-1,2

14,9

1,2-1,5

15,0

1,5-1,9

15,5

1,9-2,5

16,6

2,5-3,5

17,6

Таблица 9.

Длина релаксации быстрых нейтронов в тяжёлых бетонах /4/

Плотность бетона,  кг/м3

,  см

3500

9,5

4640

8,75

5900

6,0

Таблица 10.

Защитные свойства Na и Fe  /3/

Характеристика

Na

Fe

К

Плотность, г/м3

0,97

7,87

Ядерная плотность, см-3

2,541022

8,491022

Сечение выведения, барн

1,2

1,98

Микросечение выведения, см-1

0,029

0,186

Длина релаксации нейтронов энергии Еп,  МэВ          3

                       0,5

263

40

-

-

5. БЛОК-СХЕМА РАСЧЁТА

 

                                                          

6. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

Отчёт оформляется в соответствии с требованиями Стандарта ТПУ и должен содержать следующие разделы:

  •  цель работы,
  •  основные теоретические сведения,
  •  перечень использованных данных
  •  графики результатов,
  •  анализ результатов и выводы.

  1.  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
  2.  В каком случае ведущей группой излучения являются быстрые нейтроны?
  3.  Почему первичная защита реактора должна быть многослойной?
  4.  В каком случае чередование слоёв защиты считается оптимальным?
  5.  Как выбирается толщина каждого слоя первичной защиты реактора?

8.  ЛИТЕРАТУРА

  1.  Четыре лекции по ядерной энергетике. – М., ИЛ, 1957.
  2.  Дорощук В.Е. Ядерные реакторы на электростанциях. – М.: Атомиздат, 1977.
  3.  Инженерный расчёт защиты АЭС. Под ред. А.П. Весёлкина и Ю.А. Егорова. – М.: Атомиздат, 1976.
  4.  Бродер Д.Л. и др. Бетон в защите ядерных установок. – М.: Атомиздат, 1973.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

85008. Эпидемия 31.55 KB
  Сформировать у учащихся цельное представление об инфекционных заболеваниях и путях распространения инфекции. Изучаемые вопросы Инфекционные болезни и пути распространения инфекции. Дать определение понятию инфекционные болезни привести классификацию инфекционных заболеваний в зависимости от способа передачи инфекции и по источнику возбудителя инфекции. Рассмотреть причины возникновения инфекционных болезней и пути распространения инфекции.
85009. Эпизоотии и эпифитотии, противоэпизоотические и противоэпифитотические мероприятия 31.43 KB
  Дать краткую информацию об инфекционных заболеваниях растений рассмотреть явления эпифитотии панфитотии. Наиболее опасными болезнями растений являются стеблевая ржавчина пшеницы ржи желтая ржавчина пшеницы фитофтороз картофеля. Для защиты растений от инфекционных болезней важно соблюдение правил агротехники на всех этапах сельскохозяйственных работ связанных с растениеводством. Проводят также следующие мероприятия: выведение устойчивых к болезням сортов сельскохозяйственных растений; уничтожение очагов инфекции; химическую обработку...
85010. Общие понятия о здоровье как основной ценности человека 31.7 KB
  Общие понятия о здоровье как основной ценности человека Цель урока. Сформировать у учащихся цельное представление о здоровье человека как об индивидуальной и общественной ценности обратив их внимание на основные показатели которые характеризуют уровень здоровья. Привести их к пониманию что здоровье человека неотделимо от его жизнедеятельности. Изучаемые вопросы Здоровье человека и основные показатели характеризующие его уровень.
85011. Индивидуальное здоровье человека, его физическая, духовная и социальная сущность 32.16 KB
  Индивидуальное здоровье человека его физическая духовная и социальная сущность Цель урока. Сформировать у них цельное представление об основных элементах образа жизни человека оказывающих влияние на формирование его духовного физического и социального благополучия а также убеждение в том что каждый человек несет ответственность за свое здоровье и благополучие. Изучаемые вопросы Основные составляющие индивидуального здоровья человека. Некоторые элементы образа жизни человека обеспечивающие его духовное физическое и социальное...
85012. Здоровый образ жизни как необходимое условие сохранения и укрепления здоровья 33.02 KB
  Здоровый образ жизни как необходимое условие сохранения и укрепления здоровья Цель урока. Сформировать у учащихся целостное представление о том что здоровый образ жизни это индивидуальная система поведения человека обеспечивающая ему физическое духовное и социальное благополучие что для ее формирования необходимо устойчивое желание и стремление быть здоровым нужны постоянные собственные усилия и немалые. Изучаемые вопросы Здоровый образ жизни индивидуальная система поведения человека способствующая укреплению и сохранению здоровья....
85013. Здоровый образ жизни и профилактика основных неинфекционных заболеваний 32.71 KB
  Здоровый образ жизни и профилактика основных неинфекционных заболеваний Цель урока. Основные причины возникновения неинфекционных заболеваний. Общие меры профилактики неинфекционных заболеваний. При анализе причин смертности населения России прослеживается отчетливая тенденция к увеличению смертности от неинфекционных заболеваний которые составляют 80 случаев в том числе болезни системы кровообращения более 53 а злокачественные образования около 18.
85014. Вредные привычки. Влияние вредных привычек на здоровье 31.25 KB
  Вредные привычки и их влияние на здоровье Цель урока. Сформировать у обучаемых убеждение что так называемые вредные привычки приравниваются к серьезному заболеванию трудно поддающемуся лечению. Эти привычки называют вредными. Контрольные вопросы Что такое вредные привычки Что такое наркомания и наркотическая зависимость Как развивается наркотическая зависимость Почему привыкание к употреблению алкоголя можно считать наркоманией К каким последствиям приводят курение употребление алкоголя и наркотиков Домашнее задание Изучите 7.
85015. Профилактика вредных привычек 32.72 KB
  Познакомить учащихся с нормативноправовой базой по профилактике наркомании в нашей стране. Изучаемые вопросы Нормативноправовая база по профилактике наркомании. Три основополагающие истины для профилактики наркомании. Изложение учебного материала Во вступительной части к уроку необходимо еще раз подчеркнуть что такие привычки как курение употребление спиртных напитков и пива разновидность наркомании а наркомания заболевание которое человек приобретает добровольно начав употреблять наркотики.
85016. Общие правила оказания первой медицинской помощи 30.45 KB
  Общие правила оказания первой медицинской помощи Цель урока. Познакомить учащихся с общими правилами оказания первой медицинской помощи; обсудить ситуации при которых необходимо вызывать скорую помощь. Общий порядок в оказании первой медицинской помощи. Рекомендации по изложению учебного материала Дать определение первой медицинской помощи и определить ситуации в которых она оказывается.