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

10 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

10138. Сущность и соотношение кумулятивизма и антикумулятивизма как теоретически моделей развития науки 38 KB
  Сущность и соотношение кумулятивизма и антикумулятивизма как теоретически моделей развития науки. Проще всего представить развитие науки как рост знаний: наука на каждом историческом этапе приобретает некоторое количество сведений откладывает их в свою копилку на...
10139. Формирование некумулятивной теоретической модели развития науки: К.Поппер, Т.Кун, И.Лакатос 42.5 KB
  Формирование некумулятивной теоретической модели развития науки: К.Поппер Т.Кун И.Лакатос. Некумулятивная модель развития науки сформировалась в середине ХХ в. Койре один из авторов стоящих у ее истоков, другие Г.Башляр К. Поппер Т. Кун И. Лакатос Дж. Холтон.
10140. Наука как вид познания. Понятия вненаучного знания 38 KB
  Наука как вид познания. Понятия вненаучного знания. Наука как познавательная деятельность. Как и другие способы познания наука возникает из практической деятельности людей. Она является непосредственным продолжением обыденного стихийно-эмпирического познания в х...
10141. Особенности научного знания. Основные подходы к проблеме критериев научности в современной философии наук 36.5 KB
  Особенности научного знания. Основные подходы к проблеме критериев научности в современной философии наук Проблема отличия науки от других форм познавательной деятельности – это проблема демаркации т.е. поиск критериев разграничения научного и ненаучного знаний....
10142. Возникновение науки как теоретико-философская и историко-научная проблема 37 KB
  Возникновение науки как теоретикофилософская и историконаучная проблема Как своеобразная форма познания специфический тип духовного производства и социальный институт наука возникла в Европе в Новое время в XVIXVII вв. в эпоху становления капиталистического с
10143. Античная ученость: факторы формирования, особенности, предметная направленность и основные достижения 38.5 KB
  Античная ученость: факторы формирования особенности предметная направленность и основные достижения Предпосылкой возникновения научных знаний многие исследователи истории науки считают миф. В нем как правило происходит отождествление различных предметов я...
10144. Западноевропейская средневековая ученость, ее особенности и направленность 38 KB
  Западноевропейская средневековая ученость ее особенности и направленность. Христианское мировоззрение Средневековья сыграло двойственную роль в эволюции науки. С одной стороны оно принижало значение науки по сравнению с верой с другой стороны оно принесло идеи
10145. Познание эпохи Возрождения, его специфика и значение в истории науки 39 KB
  Познание эпохи Возрождения его специфика и значение в истории науки. С первых двух глобальных революций в развитии научных знаний происходивших в XVIXVII вв. создавших принципиально новое по сравнению с античностью и средневековьем понимание мира и началась класси
10146. Факторы формирования науки Нового времени, специфика ее как сферы деятельности и социального института 68 KB
  Факторы формирования науки Нового времени специфика ее как сферы деятельности и социального института. В Новое время сложилась механическая картина мира утверждающая: вся Вселенная совокупность большого числа неизменных и неделимых частиц перемещающихся в а...