Нейтронно-физический расчет реактора типа ВВЭР

КурсоваяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Целью работы является определение эффективного коэффициента размножения и реактивности для реактора типа ВВЭР в начале кампании в неотравленном горячем состоянии при нулевой мощности. В результате работы были определены эффективный коэффициент размножения и реактивность для реактора типа ВВЭР в начале кампании в неотравленном горячем состоянии при нулевой мощности. В одномерном расчете реальная… Читать ещё >

Нейтронно-физический расчет реактора типа ВВЭР (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Курсовая работа

Дисциплина: «Реакторы и парогенераторы»

Тема: Нейтронно-физический расчет реактора типа ВВЭР

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:
1) распределение по объему гомогенизированной активной зоны;
2) распределение по ячейке, относящейся к ТВС;
3) 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.
1) 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.
2) 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


№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	Температура воды на линии насыщения при Р1= 140 кгс/см2			таб XXIII, [1]	;
	Температура воды на входе в реактор					290,08
	Энтальпия воды на линии насыщения при Р1= 140 кгс/см2			таб XXIII, [1]		1562,1
	Энтальпия воды на выходе из реактора при p1 и Tвых			таб XXIV, [1]		1491,67
	Энтальпия воды на входе в реактор при p1 и Tвх					1286,18
	Средняя температура в реакторе					307,58
	Средний удельный объем воды при p1 и			таб XXIV, [1]	;	0,14 165
	Средняя плотность воды при p1 и					0,70 597
	Максимальная температура на выходе
	Максимальная энтальпия на выходе при p1 и			таб XXIV, [1]		1524,41
	Средняя максимальная температура воды в реакторе					310,04
	Средний максимальный удельный объем воды при p1 и			таб XXIV, [1]	;	0,14 275
	Средняя максимальная плотность воды при p1 и					0,70 053

2. Геометрические характеристики кассеты


Диаметр сердечника твэла		мм			7,66
Число рядов твэлов в кассете		;
Конструктивный размер от кожуха до ряда твэлов		мм	0,825 (	0,825· (	2,888
Размер кассеты под «ключ»					175,18
Площадь живого сечения кассеты для прохода теплоносителя		мм2			13 767,2999
Площадь, занимаемая топливом в кассете		мм2			7788,1467
Площадь, занимаемая конструкционным материалом оболочки твэла в кассете					3652,7926
Площадь, занимаемая конструкционным материалом кожуха в кассете					1081,0907
Площадь, занимаемая конструкционными материалами в кассете				3652,7926+1081,0907	4733,8833
Площадь, занимаемая газовым зазором в кассете					287,2858
Площадь кассеты				13 767,2999+7788,1467+3652,7926+ +1081,0907+287,2858	26 576,6157
Площадь кассеты					26 576,6157
Шаг кассет				175,18+5	180,18
Площадь ячейки		ммІ			28 115,3696
Площадь, занимаемая водой в межкассетном пространстве				28 115,3696−26 576,6157	1538,7539
Суммарная площадь в кассете для прохода теплон.				13 767,2999+ 1538,7539	15 306,0538
Вводно-топливное соотношение для кассеты	щкас	;		13 767,2999/7788,1467	1,7677

3. Конструктивные характеристики активной зоны


№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	Радиус эквивалентной ячейки, относящейся к кассете		мм			94,6
	Объем активной зоны реактора (предв.)		м3	Qр/qv	2000 / 85	23,5294
	Диаметр активной зоны (предв.)		м			3,4 606
	Высота активной зоны (предв.)			m ·	1,06· 3,4 606	3,22 882
	Общая площадь активной зоны (предв.)		м2	(р· 2)/4	(р· 3,46 062)/4	7,2 873 023
	Количество кассет в активной зоне	nкас	шт	/ Fяч	7,2 873 023•106/28 115,3696	259,19
	Общая площадь активной зоны	Fаз	м2	nкас· Fяч	259· 28 115,3696•10−6	7,2 818 807
	Диаметр активной зоны	Dаз	м			3,4 493
	Высота активной зоны	Hаз		m· Dаз	1,06· 3,4 493	3,22 763
	Объем активной зоны реактора	Vаз	м3			23,5032
	Пересчет энергонапряженности активной зоны	qv	МВт/м3	Qр/Vаз	2000/23,5032	85,0948
	Площадь живого сечения активной зоны для прохода замедлителя в кассете				13 767,2999	3,5 657 307
	Площадь активной зоны, занятая топливом					2,1 713
	Площадь активной зоны, занятая газовым зазором				287,2858	0,74 407
	Площадь активной зоны, занятая конструкционным материалом оболочки твэлов				3652,7926	0,9 460 733
	Площадь активной зоны, занятая конструкционным материалом кожуха кассеты				1081,0907	0,2 800 025
	Площадь живого сечения активной зоны для прохода теплоносителя в межкассетном пространстве				(28 115,3696 -26 576,6157)	0,3 985 373
	Суммарная площадь живого сечения активной зоны для прохода теплоносителя				3,5 657 307+0,3 985 373	3,964 268
	Суммарная площадь активной зоны, занятая конструкционными материаломи				0,9 460 733+0,2 800 025	1,2 260 758
	Водно-топливное соотношение активной зоны	щаз	;		3,964 268/2,1 713	1,9653
	Суммарная площадь активной зоны			++++	2,1 713+0,74 407+0,9 460 733+ +0,2 800 025+3,964 268	7,2 818 808

4. Расход теплоносителя средняя и максимальная скорости


№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	Расход теплоносителя в активной зоне					9732,83
	Средняя скорость теплоносителя					3,75
	Максимальная скорость теплоносителя					5,12
	Коэффициент неравномерности расхода теплоносителя		;	kr•(IвыхIвх)/(IмахвыхIвх)	1,57•(1491,67−1286,18)/(1524,41−1286,18)	1,354
	Средний расход теплоносителя в кассете					36,45
	Максимальный расход теплоносителя через кассету				36,45•1,354	49,35

5. Объемные доли компонент по ячейке в приближении к кассете


	Объёмная доля топлива		;		7788,1467/28 115,3696	0,277 007
	Объёмная доля газового зазора		;		287,2858/28 115,3696	0,10 218
	Объёмная доля оболочки твэла		;		3652,7926/28 115,3696	0,129 922
	Объёмная доля кожуха кассеты		;		1081,0907/28 115,3696	0,38 452
№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	Объёмная доля теплоносителя в кассете		;		13 767,2999/28 115,3696	0,489 672
	Объёмная доля теплоносителя в межкассетном пространстве		;		1538,7539/28 115,3696	0,5 473
	Объёмная доля теплоносителя в ячейке		;		0,489 672+ 0,5 473	0,544 402
	Объёмная доля конструкционных материалов в ячейке		;		0,129 922+ 0,38 452	0,168 374
	Сумма долей (проверка)	еяч	;		0,277 007+0,10 218+0,544 402+ +0,168 374	1,1

6. Определение ядерных концентраций

6.1 Определение ядерных концентраций в веществе (т.е. «в самом себе»)


Молярная масса урана	г/моль	M5· x5 + M8· (1- x5)	235,12· 0,044+238,12·(1−0,044)	237,988
Ядерные концентрации:
— для U				0,216 399
— для U-235				0,9 522
— для U-238				0,206 877
— для О2			0,216 399•2	0,432 798
— для Н2О				0,236 081
— для He				0,268
— для Zr				0,425 215

6.2 Определение ядерных концентраций в ячейке


— для U	0,2 163 990,277007	0,59 944
— для U-235	0,95 220,277007	0,2 638
— для U-238	0,2 068 770,277007	0,57 306
— для О2	0,4 327 980,277007	0,119 888
— для Не	0,2 680,010218	0,3
— для Zr	0,4 252 150,168374	0,71 595
— для Н2О	0,2 360 810,544402	0,128 523
— для Zr в оболочке	0,4 252 150,129922	0,55 245
— для Zr в кожухе	0,4 252 150,038452	0,1 635

7. Температура нейтронного газа

7.1 Определение микросечений поглощения компонент при


№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	— для U-235					485,6 368 107
	— для U-238				2,71	1,9 269 045
	— для О2				0,0002	0,1 422
	— для Не				0,007	0,49 772
	— для Zr				0,185	0,1 315 414
	— для Н2О				0,664	0,4 721 271

7.2 Определение макросечений поглощения компонент и суммарного значения в макроячейке


	— для U-235				485,63 681 070,0002638	0,1 281 110
	— для U-238				1,92 690 450,0057306	0,110 423
	— для О2				0,14 220,0119888	0,17
	— для Не				0,497 720,0000003
	— для Zr				0,13 154 140,0071595	0,9 418
№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	— для Н2О				0,47 212 710,0128523	0,60 679
	— сумма макросечений для ячейки				0,1 281 110+0,110 423+0,17+ +0+0,9 418+0,60 679	0,1 461 647

7.3 Определение замедляющей способности для компонент при E=1эВ и суммарного значения в макроячейке


— для U-235			0,1260,2 638	0,332
— для U-238			0,0750,57 306	0,4 298
— для О2			0,450,119 888	0,5 395
— для Zr			0,1350,71 595	0,9 665
— для Н2О			410,128 523	0,5 269 443
Замедляющая способности смеси одной ячейки	УоУs (1эВ)	УоУsi (1эВ)	0,332+0,4 298+0,5 395+ +0,9 665+0,5 269 443	0,5 337 688

7.4 Определение температуры нейтронного газа и g-факторов для деления и поглощения


Температура нейтронного газа		К		580,73· [1+1,4·(0,1 461 647/0,5 337 688]	803,36
Фактор, учитывающий отклонение сечений поглощения и деления от закона 1/v при усреднении по спектру Максвелла	gа5 (gf5)	;	Принимается по справочным данным по Tнг с использованием линейной интерполяции	;	0,935

ядерный реактор нейрон

8. Усреднение микросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент


№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	Поглощения: — для U-235					342,2 137 917
	— для U-238					1,4 522 269
	— для О2					0,1 072
	— для Не					0,37 511
	— для Zr					0,991 373
	— для Н2О					0,3 558 224
	Деления: — для U-235					291,6 082 383

9. Усреднение макросечений поглощения и деления по спектру Максвелла для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке


	Поглощения: — для U-235				342,21 379 170,0002638	0,90 276
	— для U-238				1,45 222 690,0057306	0,83 221
№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	— для О2				0,10 720,0119888	0,13
	— для Не				0,375 110,0000003
	— для Zr				0,9 913 730,0071595	0,7 098
	— для Н2О				0,35 582 240,0128523	0,45 731
	— для топлива			++	0,90 276+0,83 221+0,13	0,985 994
	— сумма				0,90 276+0,83 221+0,13+0+ +0,7 098+0,45 731	0,1 038 823
	Деления: — для U-235				291,60 823 830,0002638	0,769 263

10. Расчет транспортных макросечений для отдельных компонент и в целом для топлива в макроячейке


— для U-235		150,2 638	0,3 957
— для U-238		90,57 306	0,515 754
— для О2		3,60,119 888	0,431 597
— для Не		0,660,3	0,2
— для Zr		6,140,71 595	0,439 593
— для Н2О		0,128 523	0,4 274 288
— для топлива	++	0,3 957+0,515 754+0,431 597	0,986 921
— сумма		0,986 921+0,2+0,439 593+ +0,4 274 288	0,5 700 804

11. Расчет замедляющей способности в резонансной области для отдельных компонент и в целом для макроячейки


— для U-235	0,090,2 638	0,237
— для U-238	0,070,57 306	0,4 011
— для О2	0,460,119 888	0,55 148
— для Zr	0,140,71 595	0,10 023
— для Н2О	40,40,128 523	0,5 192 329
— сумма	0,237+0,4 011+0,55 148+ +0,10 023+0,5 192 329	0,5 261 748

12. Расчет замедляющей способности быстрых нейтронов для отдельных компонент и в целом по макроячейке


	— для U-235				0,050,2 638	0,132
	— для U-238				0,060,57 306	0,3 438
	— для О2				0,430,119 888	0,51 552
	— для Zr				0,140,71 595	0,10 023
	— для Н2О				18,10,128 523	0,2 326 266
№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	— сумма				0,132+0,3 438+0,51 552+ +0,10 023+0,2 326 266	0,2 391 411

13. Расчет транспортных макросечений быстрых нейтронов для отдельных компонент и по макроячейке в целом


— для U-235	7,80,2 638	0,20 576
— для U-238	7,70,57 306	0,441 256
— для О2	3,60,119 888	0,431 597
— для Zr	6,10,71 595	0,43 673
— для Н2О	9,50,128 523	0,1 220 969
— сумма	0,20 576+0,441 256+0,431 597+ +0,43 673+0,1 220 969	0,2 551 128

14. Определение длинны диффузии, длины замедления и длины миграции

14.1 Длина диффузии


	Квадрат длины диффузии					5,628 609
	Длина диффузии					2,372 469

14.2 Длина замедления


№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	Отношение		;		/0,5 261 748	0,1 974 293
	Относительная граничная энергия		;	Методом подбора	;	4,7 303 901
	Энергия тепловых нейтронов		эВ			0,6 914
	Граничная энергия				0,6 914•4,7 303 901	0,32 706
	Граничная летаргия		;			15,62 627
	Возраст тепловых нейтронов					85,37 832
	Длина замедления					9,24 004

14.3 Длина миграции


Площадь миграции	5,628 609+85,37 832	91,693
Длина миграции		9,53 976

15. Определение числа нейтронов деления на один акт поглощения


Число нейтронов деления на один поглощенный тепловой нейтрон	;	1,8881

16. Расчет коэффициента размножения на быстрых нейтронах


№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	Объем воды на 1 см² высоты блока					74,7175
	Объем уранового блока					46,0837
	Возможность нейтрона испытать первое взаимодействие в блоке с U-238	Р	;			29,40 602
	Коэффициент размножения на быстрых нейтронах в урановом блоке, когда блок окружен бесконечным замедлителем					1,0012
	Коэффициент размножения на быстрых нейтронах					1,0123

17. Определение вероятности избежать резонансного захвата для отдельных компонент и общей вероятности избежать резонансного захвата для макроячейки


Температурная поправка		;			1,9 533
Средняя хорда, характеризующая пробеги нейтронов в пределах блока горючего					12,22
Эффективный резонансный интеграл для U-238		барн			13,5094
Вероятность избежать резонансного захвата для U-238	ц8	;			0,8632
Эффективный резонансный интеграл для U-235		барн	Справочная величина	;
Эффективный резонансный интеграл для кислорода
Эффективный резонансный интеграл для Zr
Эффективный резонансный интеграл для гелия
Эффективный резонансный интеграл для воды
Вероятность избежать резонансного захвата для U-235		;			0,873
Вероятность избежать резонансного захвата для материала кожуха					0,9907
Вероятность избежать резонансного захвата для материала оболочки					0,969
Общая вероятность избежать резонансного захвата				0,86 320,8730,9690,9907	0,7234

18. Определение коэффициента использования тепловых нейтронов


№	Название	Обозначение	Размерность	Формула	Расчет	Результат
	Коэффициент использования тепловых нейтронов		;			0,9468

19. Расчет коэффициента размножения в бесконечной среде


Коэффициент размножения в бесконечной среде	K?	;	нa · е · и · цобщ	1,8881· 1,0123· 0,9468· 0,7234	1,30 909

20. Расчет коэффициента размножения в активной зоне конечных размеров


Эффективная высота активной зоны					340,763
Эффективный радиус активной зоны				304,493/2 +8	160,247
Геометрический параметр	Bг2	1/см2			0,31
Материальный параметр	Bм2	1/см2	Так как реактор находится в критическом состоянии Bг2 = Bм2	0,31
Условие большого реактора	Bг2· ф	;	Bг2· ф «1	0,31· 85,37 832	0,264 673
Эффективный коэффициент размножения					1,27 317

21. Определение реактивности на горячее неотравленное состояние реактора без мощности на начало кампании


Реактивность на горячее состояние реактора	;	0,21 456

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:

1) выгорание и шлакование топлива за кампанию реактора;

2) стационарное и нестационарное отравление реактора Xe-135;

3) стационарное отравление реактора Sm-139;

4) 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.

2. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. Н. В. Кузнецова — М.: Энергия, 2010. 296 с.

3. Галанин А. Д.

Введение

в теорию ядерных реакторов на тепловых нейтронах. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1990. 536 с.

4. Алешин В. С., Саркисов А. А. Ядерные реакторы: Учеб. пособие для вузов — Л.: Судпромгиз, 2009. 372 с.

5. 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.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой