Загрузка...
Нейтронно-физический расчет реактора типа ВВЭР
Курсовая работа
Дисциплина: «Реакторы и парогенераторы»
Тема: Нейтронно-физический расчет реактора типа ВВЭР
Оглавление
Введение
1. Определение теплотехнических характеристик для теплоносителя
2. Геометрические характеристики кассеты
3. Конструктивные характеристики активной зоны
4. Расход теплоносителя средняя и максимальная скорости
5. Объемные доли компонент по ячейке в приближении к кассете
6. Определение ядерных концентраций
6.1 Определение ядерных концентраций в веществе (т.е. «в самом себе»)
6.2 Определение ядерных концентраций в ячейке
7. Температура нейтронного газа
7.1 Определение микросечений поглощения компонент при
7.2 Определение макросечений поглощения компонент и суммарного значения в макроячейке
7.3 Определение замедляющей способности для компонент при E=1эВ и суммарного значения в макроячейке
7.4 Определение температуры нейтронного газа и g-факторов для деления и поглощения
8. Усреднение микросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент
9. Усреднение макросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке
10. Расчет транспортных макросечений для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке
11. Расчет замедляющей способности в резонансной области для отдельных компонент и в целом для макроячейки
12. Расчет замедляющей способности быстрых нейтронов для отдельных компонент и в целом по макроячейке 13. Расчет транспортных макросечений быстрых нейтронов для отдельных компонент и по макроячейке в целом
14. Определение длинны диффузии, длины замедления и длины миграции
14.1 Длина диффузии
14.2 Длина замедления
14.3 Длина миграции
15. Определение числа нейтронов деления на один акт поглощения
16. Расчет коэффициента размножения на быстрых нейтронах
17. Определение вероятности избежать резонансного захвата для отдельных компонент и общей вероятности избежать резонансного захвата для макроячейки
18. Определение коэффициента использования тепловых нейтронов
19. Расчет коэффициента размножения в бесконечной среде
20. Расчет коэффициента размножения в активной зоне конечных размеров
21. Определение реактивности на горячее неотравленное состояние реактора без мощности на начало кампании
Вывод
список использованных источников
Введение
Целью работы является определение эффективного коэффициента размножения и реактивности для реактора типа ВВЭР в начале кампании в неотравленном горячем состоянии при нулевой мощности.
Активная зона реактора состоит из ТВС, располагаемых по правильной треугольной сетке. Плотность потока тепловых нейтронов максимальна в замедлителе между соседними ТВС и уменьшается по направлению к центру ТВС, достигая там минимума.
В реакторе распределение плотности потока тепловых нейтронов по его объему является суперпозицией трех распределений:
) распределение по объему гомогенизированной активной зоны;
) распределение по ячейке, относящейся к ТВС;
) распределение по ячейке, относящейся к твэлу.
Общее распределение по реактору спадает от центра к периферии вследствие утечки нейтронов из реактора.
В целях упрощения расчетов используют метод эквивалентной ячейки. Выделение эквивалентной ячейки основано на двух основных положениях.
) Считается возможным выполнить расчет распределения по ячейке отдельно от расчета по реактору. Это равносильно тому, что реактор принимается неограниченно протяженным, т.к. распределение по бесконечно большому реактору постоянно ввиду отсутствия утечки нейтронов.
) Из первого положения следует физическая симметрия ячейки и равенства нулю производной в центре и на границе ячейки.
реальная граница ячейки имеет шестигранную форму.
В одномерном расчете реальная граница заменяется окружностью, что не вносит существенной погрешности,но позволяет проводить расчет в одном измерении.
полученная ячейка совпадает по площади с реальной, что позволяет вычислить радиус ячейки.
Расчеты проводятся по модели ячейки в приближении к ТВС (макроячейка).
1. Определение теплотехнических характеристик для теплоносителя
№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат1Температура воды на линии насыщения при Р1= 140 кгс/см2таб XXIII, [1]-2температура воды на входе в реактор290,083Энтальпия воды на линии насыщения при Р1= 140 кгс/см2таб XXIII, [1] 1562,14Энтальпия воды на выходе из реактора при p1 и Tвыхтаб XXIV, [1] 1491,675Энтальпия воды на входе в реактор при p1 и Tвх1286,186Средняя температура в реакторе307,587Средний удельный объем воды при p1 и таб XXIV, [1]-0,00141658Средняя плотность воды при p1 и 0,705979Максимальная температура на выходе33010максимальная энтальпия на выходе при p1 и таб XXIV, [1]
1524,4111Средняя максимальная температура воды в реакторе310,0412Средний максимальный удельный объем воды при p1 и таб XXIV, [1]-0,001427513Средняя максимальная плотность воды при p1 и 0,70053
2. Геометрические характеристики кассеты
14диаметр сердечника твэламм7,6615Число рядов твэлов в кассете-1516Конструктивный размер от кожуха до ряда твэловмм0,825 (0,825· (2,88816Размер кассеты под ключ 175,1817Площадь живого сечения кассеты для прохода теплоносителямм213767,299918Площадь, занимаемая топливом в кассетемм27788,146719Площадь, занимаемая конструкционным материалом оболочки твэла в кассете3652,792620Площадь, занимаемая конструкционным материалом кожуха в кассете1081,090721Площадь, занимаемая конструкционными материалами в кассете+3652,7926+1081,09074733,883322Площадь, занимаемая газовым зазором в кассете287,285823Площадь кассеты13767,2999+7788,1467+3652,7926+
+1081,0907+287,285826576,615724Площадь кассеты26576,615725Шаг кассет175,18+5180,1826Площадь ячейкимм²28115,369627Площадь, занимаемая водой в межкассетном пространстве28115,3696-26576,61571538,7539
28Суммарная площадь в кассете для прохода теплон.+13767,2999+ 1538,753915306,053829Вводно-топливное соотношение для кассетыωкас- / 13767,2999/7788,14671,7677
3. Конструктивные характеристики активной зоны
№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат30Радиус эквивалентной ячейки, относящейся к кассетемм94,631объем активной зоны реактора (предв.)м3Qр/qv2000 / 8523,529432диаметр активной зоны (предв.)м 3,0460633Высота активной зоны (предв.) m · 1,06·3,046063,2288234Общая площадь активной зоны (предв.)м2(π· 2)/4(π·3,046062)/47,287302335количество кассет в активной зонеnкасшт / Fяч7,2873023∙106/28115,3696259,19
36Общая площадь активной зоныFазм2nкас·Fяч259·28115,3696∙10-67,281880737диаметр активной зоныDазм3,0449338Высота активной зоныHазm·Dаз1,06·3,044933,2276339объем активной зоны реактораVазм323,503240Пересчет энергонапряженности активной зоныqvМВт/м3Qр/Vаз2000/23,503285,094841Площадь живого сечения активной зоны для прохода замедлителя в кассете13767,29993,565730742Площадь активной зоны, занятая топливом2,0171343Площадь активной зоны, занятая газовым зазором287,28580,07440744Площадь активной зоны, занятая конструкционным материалом оболочки твэлов3652,79260,946073345Площадь активной зоны, занятая конструкционным материалом кожуха кассеты1081,09070,280002546Площадь живого сечения активной зоны для прохода теплоносителя в межкассетном пространстве(28115,3696 -26576,6157 )0,398537347Суммарная площадь живого сечения активной зоны для прохода теплоносителя3,5657307+0,39853733,96426848Суммарная площадь активной зоны, занятая конструкционными материаломи+ 0,9460733+0,28000251,226075849Водно-топливное соотношение активной зоныωаз-/3,964268/2,017131,965350Суммарная площадь активной зоны++++2,01713+0,074407+0,9460733+
+0,2800025+3,9642687,28188084. Расход теплоносителя средняя и максимальная скорости
№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат51Расход теплоносителя в активной зоне9732,8352Средняя скорость теплоносителя3,7553максимальная скорость теплоносителя5,1254Коэффициент неравномерности расхода теплоносителя-kr∙(IвыхIвх)/(IмахвыхIвх)1,57∙(1491,67-1286,18)/(1524,41-1286,18)1,35455Средний расход теплоносителя в кассете36,4556максимальный расход теплоносителя через кассету36,45∙1,35449,35
5. объемные доли компонент по ячейке в приближении к кассете
57объемная доля топлива-7788,1467/28115,36960,27700758Объёмная доля газового зазора-287,2858/28115,36960,01021859объемная доля оболочки твэла-3652,7926/28115,36960,12992260Объёмная доля кожуха кассеты-1081,0907/28115,36960,038452№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат61Объёмная доля теплоносителя в кассете-13767,2999/28115,36960,48967262Объёмная доля теплоносителя в межкассетном пространстве-1538,7539/28115,36960,0547363объемная доля теплоносителя в ячейке-+0,489672+ 0,054730,54440264Объёмная доля конструкционных материалов в ячейке-+0,129922+ 0,0384520,16837465Сумма долей (проверка)εяч-0,277007+0,010218+0,544402+
+0,1683741,000001
6. Определение ядерных концентраций
.1 Определение ядерных концентраций в веществе (т.е. «в самом себе»)
66Молярная масса уранаг/мольM5·x5 + M8·(1- x5)235,12·0,044+238,12·(1-0,044)237,988Ядерные концентрации:67- для U0,021639968- для U-2350,000952269- для U-2380,020687770- для О20,0216399∙20,043279871- для Н2О0,023608172- для He0,000026873- для Zr0,0425215
6.2 Определение ядерных концентраций в ячейке
7. температура нейтронного газа
7.1 Определение микросечений поглощения компонент при
№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат83- для U-235485,636810784- для U-2382,711,926904585- для О20,00020,000142286- для Не0,0070,004977287- для Zr0,1850,131541488- для Н2О0,6640,4721271
7.2 Определение макросечений поглощения компонент и суммарного значения в макроячейке
89-для U-235485,63681070,00026380,128111090-для U-2381,92690450,00573060,011042391-для О20,00014220,01198880,000001792-для Не0,00497720,0000003093-для Zr0,13154140,00715950,0009418№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат94-для Н2О0,47212710,01285230,006067995- сумма макросечений для ячейки0,1281110+0,0110423+0,0000017+
+0+0,0009418+0,00606790,1461647
7.3 Определение замедляющей способности для компонент при E=1эВ и суммарного значения в макроячейке
96-для U-2350,1260,00026380,000033297-для U-2380,0750,00573060,000429898-для О20,450,01198880,00539599-для Zr0,1350,00715950,0009665100-для Н2О410,01285230,5269443101Замедляющая способности смеси одной ячейкиΣξΣs(1эВ)ΣξΣsi(1эВ)0,0000332+0,0004298+0,005395+ +0,0009665+0,52694430,5337688
7.4 Определение температуры нейтронного газа и g-факторов для деления и поглощения
102температура нейтронного газаК580,73·[1+1,4·(0,1461647/0,5337688]803,36
103Фактор, учитывающий отклонение сечений поглощения и деления от закона 1/v при усреднении по спектру Максвеллаgа5 (gf5)-Принимается по справочным данным по Tнг с использованием линейной интерполяции-0,935ядерный реактор нейрон
8. Усреднение микросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент
№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат104Поглощения: — для U-235342,2137917105- для U-2381,4522269106- для О20,0001072107- для Не0,0037511108- для Zr0,0991373109- для Н2О0,3558224110Деления: — для U-235291,6082383
9. Усреднение макросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке
111Поглощения: — для U-235342,21379170,00026380,090276112- для U-2381,45222690,00573060,0083221№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат113- для О20,00010720,01198880,0000013114- для Не0,00375110,00000030115- для Zr0,09913730,00715950,0007098116- для Н2О0,35582240,01285230,0045731117- для топлива++0,090276+0,0083221+0,00000130,0985994118- сумма0,090276+0,0083221+0,0000013+0+
+0,0007098+0,00457310,1038823119Деления: — для U-235291,60823830,00026380,0769263
10. Расчет транспортных макросечений для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке
120- для U-235150,00026380,003957121- для U-23890,00573060,0515754122- для О23,60,01198880,0431597123- для Не0,660,00000030,0000002124- для Zr6,140,00715950,0439593125- для Н2О0,01285230,4274288126- для топлива++0,003957+0,0515754+0,04315970,0986921
127- сумма0,0986921+0,0000002+0,0439593+
+0,42742880,5700804
11. Расчет замедляющей способности в резонансной области для отдельных компонент и в целом для макроячейки
128- для U-2350,090,00026380,0000237129- для U-2380,070,00573060,0004011130- для О20,460,01198880,0055148131- для Zr0,140,00715950,0010023132- для Н2О40,40,01285230,5192329133- сумма0,0000237+0,0004011+0,0055148+
+0,0010023+0,51923290,5261748
12. Расчет замедляющей способности быстрых нейтронов для отдельных компонент и в целом по макроячейке
134- для U-2350,050,00026380,0000132135- для U-2380,060,00573060,0003438136- для О20,430,01198880,0051552137- для Zr0,140,00715950,0010023138- для Н2О18,10,01285230,2326266№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат139- сумма0,0000132+0,0003438+0,0051552+
+0,0010023+0,23262660,2391411
13. Расчет транспортных макросечений быстрых нейтронов для отдельных компонент и по макроячейке в целом
140- для U-2357,80,00026380,0020576141- для U-2387,70,00573060,0441256142- для О23,60,01198880,0431597143- для Zr6,10,00715950,043673144- для Н2О9,50,01285230,1220969145- сумма0,0020576+0,0441256+0,0431597+
+0,043673+0,12209690,2551128
14. Определение длинны диффузии, длины замедления и длины миграции
.1 Длина диффузии
146Квадрат длины диффузии5,628609147Длина диффузии2,372469
14.2 Длина замедления
№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат148Отношение -/0,52617480,1974293149Относительная граничная энергия-методом подбора-4,7303901150Энергия тепловых нейтроновэВ0,06914151Граничная энергия0,06914∙4,73039010,32706152Граничная летаргия-15,62627153возраст тепловых нейтронов85,37832154Длина замедления9,24004
14.3 Длина миграции
155Площадь миграции5,628609+85,3783291,00693156Длина миграции9,53976
15. Определение числа нейтронов деления на один акт поглощения
157Число нейтронов деления на один поглощенный тепловой нейтрон-1,8881
16. Расчет коэффициента размножения на быстрых нейтронах
№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат158Объем воды на 1 см2 высоты блока74,7175159объем уранового блока46,0837160Возможность нейтрона испытать первое взаимодействие в блоке с U-238Р-29,40602161Коэффициент размножения на быстрых нейтронах в урановом блоке, когда блок окружен бесконечным замедлителем1,0012162Коэффициент размножения на быстрых нейтронах1,0123
17. Определение вероятности избежать резонансного захвата для отдельных компонент и общей вероятности избежать резонансного захвата для макроячейки
163Температурная поправка-1,09533164Средняя хорда, характеризующая пробеги нейтронов в пределах блока горючего12,22165Эффективный резонансный интеграл для U-238барн13,5094166вероятность избежать резонансного захвата для U-238φ8-0,8632167эффективный резонансный интеграл для U-235барнСправочная величина-271168эффективный резонансный интеграл для кислорода0169эффективный резонансный интеграл для Zr3170Эффективный резонансный интеграл для гелия0171эффективный резонансный интеграл для воды0172вероятность избежать резонансного захвата для U-235-0,873173вероятность избежать резонансного захвата для материала кожуха0,9907174вероятность избежать резонансного захвата для материала оболочки0,969175Общая вероятность избежать резонансного захвата0,86320,8730,9690,99070,7234
18. Определение коэффициента использования тепловых нейтронов
№НазваниеОбозначениеРазмерностьФормулаРасчетРезультат176Коэффициент использования тепловых нейтронов-0,9468
19. Расчет коэффициента размножения в бесконечной среде
177Коэффициент размножения в бесконечной средеK∞-νa · ε · θ · φобщ1,8881· 1,0123· 0,9468·0,72341,30909
20. Расчет коэффициента размножения в активной зоне конечных размеров
178эффективная высота активной зоны340,763179Эффективный радиус активной зоны304,493/2 +8 160,247180Геометрический параметрBг21/см20,00031181материальный параметрBм21/см2Так как реактор находится в критическом состоянии Bг2 = Bм20,00031182Условие большого реактораBг2·τ-Bг2·τ «10,00031·85,378320,0264673183эффективный коэффициент размножения1,27317
21. Определение реактивности на горячее неотравленное состояние реактора без мощности на начало кампании
184Реактивность на горячее состояние реактора-0,21456
Вывод
В результате работы были определены эффективный коэффициент размножения и реактивность для реактора типа ВВЭР в начале кампании в неотравленном горячем состоянии при нулевой мощности.
Величина реактивности в начале кампании в неотравленном горячем состоянии при нулевой мощности компенсирует следующие эффекты:
) выгорание и шлакование топлива за кампанию реактора;
) стационарное и нестационарное отравление реактора Xe-135;
) стационарное отравление реактора Sm-139;
) мощностной эффект реактивности.
список использованных источников
1. Ганев И.Х. Физика и расчет реактора: Учеб. пособие для вузов / Под общ. ред. Н.А. Доллежаля — М.: Энергоатомиздат, 2011. 386 с.
. тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. Н.В. Кузнецова — М.: Энергия, 2010. 296 с.
. Галанин А.Д. Введение в теорию ядерных реакторов на тепловых нейтронах. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1990. 536 с.
. Алешин В.С., Саркисов А.А. Ядерные реакторы: Учеб. пособие для вузов — Л.: Судпромгиз, 2009. 372 с.
. основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов: Учеб. пособие для вузов / Г.Г. Бартоломей, Г.Б. Бать, В.Д. Байбаков, М.С. Алтухов; Под ред. Г.А. Батя — М.: Энергоатомиздат, 2008. 512 с.