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

9 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

72003. Нахождение неизвестной части по целому и известной части 64 KB
  Цели урока. Выделить и зафиксировать неизвестную величину. Сконструировать способ нахождения части по известному целому и другой части. Обучать учащихся составлению моделей различных видов. Тип урока. Моделирование выделенного отношения в предметной, графической и знаковой формах.
72004. Число і цифра 3. Порівняння чисел у межах 3. Написання цифри 3. Порівняння довжини і товщини предметів 64 KB
  МЕТА. Розкрити зміст поняття число і цифра 3;ознайомити учнів з утворенням числа 3, учити писати цифру 3, порівнювати числа в межах трьох; порівнювати предмети за товщиною, користуючись словами: «товстий», «тонкий», «товщий», «тонший», «однакові».
72005. Узагальнення навичок розв’язувати приклади в межах 10. Задачі на знаходження суми 41.5 KB
  Мета: узагальнювати вміння учнів розв’язувати приклади в межах 10, порівнювати число і вираз, знаходити невідомий доданок, зменшуване, від’ємник; розв’язувати задачі на знаходження суми, порівнювати числа та вираз, визначати одиниці виміру рідини, довжини, маси...
72006. Составление и решение выражений на сложение 122.5 KB
  Цель: закрепить умение составлять и вычислять выражения на сложение; упражнять в написании цифр, счете в пределах 9, сравнении чисел, распознавании многоугольников; развивать наблюдательность, зри тельную память, сообразительность, формировать познавательный интерес...
72007. Прибавление числа 9 с переходом через десяток 85.5 KB
  Цель. Познакомить с прибавлением числа 9 с переходом через десяток; продолжать формировать вычислительные навыки; повторить решение задач на нахождение уменьшаемого; повторить геометрические фигуры, правила дорожного движения; развивать логическое мышление; прививать любовь к математике.
72008. Вправи і задачі на застосування таблиць додавання і віднімання числа 1. Вимірювання довжин відрізків. Повторення складу чисел 9 і 10 50 KB
  Доброго дня діти Я прийшов запросити Вас на Новорічне свято яке відбудеться в нашому лісі Чаклунка: Свята не буде Ніколи твоя ялинка не засяє Хіба виконаєш всі мої завдання за 35 хвилин тут же без підготовки. дає завдання Зайчикові Заєць: Що робити...
72009. Число і цифра 9. Порівняння у межах 9. Складання прикладів на додавання. Вимірювання довжин відрізків. Написання цифри 9 91.5 KB
  Мета. Ознайомити учнів з цифрою 9. Пояснити утворення числа 9 додаванням одиниці до попереднього числа. Вчити писати цифру 9. Розвивати образне і логічне мислення, пам’ять, увагу, набувати обчислювальних навичок письма. Виховувати інтерес до математики.
72010. ВПРАВИ НА ЗАСВОЄННЯ ТАБЛИЦЬ ДОДАВАННЯ І ВІДНІМАННЯ ЧИСЛА 4. ЗАДАЧІ НА ЗНАХОДЖЕННЯ СУМИ І ОСТАЧІ. КРУГОВІ ПРИКЛАДИ 36 KB
  Ми з вами вирушаємо у космічну подорож у якій впоратись з певними труднощами нам допоможе дружба з такою необхідною наукою, як математика. А ще вашими вірними друзями мають стати: уважність, кмітливість, швидкість мислення і вибір точних і правильних дій, винахідливість, взаємодопомога.
72011. Порівняння чисел 36.5 KB
  Чого більше на малюнку квадратів чи кругів Скільки квадратів Кругів Як дізнатися на скільки кругів більше ніж квадратів скласти пари Скільки кругів залишилося без пари Значить на скільки кругів більше ніж квадратів на 3 На скільки менше квадратів ніж кругів на 3...