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

45965. Свободная ковка: основные операции и инструмент. Горячая объёмная штамповка. Технологический процесс горячей объёмной штамповки 15.85 KB
  Горячая объёмная штамповка это вид обработки материалов давлением при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента штампа. Горячей объёмной штамповкой можно получать без напусков поковки сложной конфигурации которые ковкой изготовить без напусков нельзя при этом допуски на штамповочную поковку в 3 4 раза меньше чем на кованную Горячей объёмной штамповкой...
45966. Холодная объёмная и листовая штамповка - основные операции и оборудование. Формообразование заготовок из порошковых материалов 50.48 KB
  Операции листовой штамповки делятся на два основных класса: разделительные в которых одна часть заготовки отделяется от другой и формоизменяющие при которых получают изделия сложной формы за счет деформации металла заготовки без его разрушения. Резка последовательное отделение части заготовки от прямой или кривой линии это заготовительная операция. Вырубка операция единовременного отделения материала от заготовки по замкнутому контуру причем отделяемая часть является изделием. Гибка формоизменяющая операция для получения изогнутой...
45967. Искусственное и естественное старение корпусов 10.81 KB
  Для уменьшения влияния внутренних напряжений применяютестественное или искусственное старение либо вылеживание деталей послеизготовления заготовок.
45968. Сварочное производство: контактная и диффузионная сварка, сварка взрывом и трением. Пайка металлов 94.69 KB
  Отработаны и внедрены технологические процессы сварки различных алюминиевых магниевых и титановых сплавов а так же черных металлов и нержавеющих сталей. Все операции технологических процессов сварки проходят под контролем ОТК и ВП МО для изделий В и ВТ с обязательным подтверждением марки свариваемых материалов стилоскопированием или спектральным анализом на современном импортном и отечественном оборудовании. Продолжительность процесса сварки составляет около 5мин. Сварные швы полученные в результате диффузионной сварки при высоком...
45969. Механическая обработка металлов. Станки для обработки металлов резанием. Технологические возможности способов резания: точения, сверления, протягивания, фрезерования, шлифования, хонингования 95.99 KB
  Технологические возможности способов резания: точения сверления протягивания фрезерования шлифования хонингования. Обработка резанием это процесс получения детали требуемой геометрической формы точности размеров взаиморасположения и шероховатости поверхностей за счет механического срезания с поверхностей заготовки режущим инструментом материала технологического припуска в виде стружки рис. К инструменту прикладывается усилие резания равное силе сопротивления материала резанию и сообщается перемещение относительно заготовки со...
45970. Резьбовые соединения. Основные виды, конструктивные формы, расчетные зависимости 31.5 KB
  Различают резьбы цилиндрические и конические. В зависимости от назначения применяемые резьбы можно разбить на три группы: крепежная. Крепежная и крепежноуплотняющая резьбы как правило имеют треугольный профиль обеспечивающий высокую прочность резьбы и наиболее благоприятные условия от самоотвинчивания. Резьбы треугольного профиля подразделяют на два основных типа: 1.
45971. Шпоночные и шлицевые соединения. Типы, основные параметры соединений. Расчеты на прочность 31 KB
  Шпоночными называют разъемные соединения составных частей изделия с применением шпонок. Шпоночные соединения могут быть неподвижными и подвижными и служат обычно для предотвращения относительного поворота ступицы и вала при передаче вращающего момента. Шпоночные соединения широко применяют во всех отраслях машиностроения.
45972. Ременные передачи. Разновидности. Типы ремней и конструкции шкивов. Расчет основных параметров ременной передачи 27.5 KB
  По форме различают плоские клиновые поликлиновые и круглые ремни. Плоские ремни в поперечном сечении имеют форму прямоугольника шириной значительно превосходящей толщину. Клиновые ремни в сечении представляют собой трапецию. Эти ремни благодаря клиновому взаимодействию со шкивами характеризуются повышенному взаимодействию повышенной тяговой способностью.
45973. Краткие сведения по геометрии цилиндрических зубчатых передач. Цилиндрические зубчатые передачи 126 KB
  Кроме того различают индексы относящиеся: w к начальной окружности; b к основной окружности; к окружности вершин зубьев; f к окружности впадин зубьев. Параметры относящиеся к делительной окружности дополнительного индекса не имеют. 3 называют кривую которую описывает точка В прямой NN перекатываемой без скольжения по окружности с диаметром db. Производящая прямая NN является касательной к основной окружности и нормалью ко всем производимым ею эвольвентам.