Аналіз критичних розмірів, нейтронного поля у реакторі з відбивачем та температурних ефектів реактивності реактора.
Автор: Пилипчук Ольга Вікторівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Атомна енергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Пилипчук О.В., Лис С.С. (керівник). Аналіз критичних розмірів, нейтронного поля у реакторі з відбивачем та температурних ефектів реактивності реактора. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2023. Нейтрони - електронейтральні частинки, тому навіть товстий шар речовини для них - не перешкода; якщо ж оточити активну зону шаром сильного поглинача, то останній поглине теплові нейтрони, що витікають, зменшивши тим самим щільність їх у місці поглинання поблизу активної зони настільки, що величина градієнта щільності теплових нейтронів на межі активної зони з навколишнім її поглиначем зросте, через що зросте швидкість витоку нейтронів з активної зони. Отже, оточення активної зони поглинаючим матеріалом зменшення витоку теплових нейтронів з реактора не дає. Тому в енергетичних реакторах у вигляді особливого конструктивного вузла є так званий відбивач. Об’єкт дослідження – активна зона реактора з відбивачем. Предмет дослідження – критичні розміри, нейтронне поле у реакторі з відбивачем та температурний ефект реактивності реактора. Метою роботи є аналіз критичних розмірів, нейтронного поля у реакторі з відбивачем та температурних ефектів реактивності реактора. Для досягнення цих цілей потрібне вирішення наступних завдань: – провести аналіз відбивача теплового реактора; – проаналізувати різницю критичних напіврозмірів активної зони, що отримується за рахунок застосування відбивача; – визначити геометричний параметр та поле теплових нейтронів у гомогенній циліндричній активній зоні з відбивачем; – привести показники нерівномірності нейтронного поля у реакторах та методи зниження нерівномірності; – привести температурний ефект та температурний коефіцієнт реактивності; – проаналізувати стійкість роботи енергетичного реактора. В дaній мaгістерській квaліфікaційній роботі показано, що для підвищення ефективності використання теплових нейтронів в енергетичному реакторі служить відбивач, який в силу хороших сповільнювальних властивостей інтенсивно трансформує епітеплові нейтрони, що витікають з активної зони, в теплові, накопичує їх у собі, за рахунок чого створює додаткову перешкоду тепловим нейтронам, що витікають з активної зони, і підвищує величину ймовірності уникнення витоку теплових нейтронів. Використання відбивача зменшує критичні напіврозміри активної зони реактора на величину ефективної добавки значення якої визначається дифузійними властивостями найактивнішої зони і відбивача, а також товщиною відбивача. Ефективна товщина відбивача із заданого матеріалу приблизно дорівнює двом довжинам дифузії в цьому матеріалі. Залежності геометричного параметра та розподілу щільності потоку теплових нейтронів у гомогенній активній зоні реактора з відбивачем - формально ті ж, що й у критичній активній зоні без відбивача, але в їх виразах роль довжини лінійної екстраполяції грає величина ефективної добавки. Інакше кажучи, і в гетерогенній активній зоні циліндричного реактора з відбивачем розподілу щільності потоку теплових нейтронів по висоті та радіусу активної зони підпорядковуються відповідно до законів косинуса та функції Бесселя першого роду нульового порядку. Загальні закономірності у розподілі щільності потоку теплових нейтронів обсягом гетерогенної циліндричної активної зони з відбивачем зберігаються самі, як у гомогенній активній зоні. Певні відхилення від косинусоїдально-бесселівського розподілу щільності потоку теплових нейтронів у гетерогенному реакторі обумовлені або блок-ефектами (внутрішнім і зовнішнім), або відмінностями в осередках активної зони через нерівномірність розподілу палива, що поглинають та уповільнюють матеріалів в об’ємі активної зони. Нерівномірність нейтронного поля в активній зоні реактора оцінюється величинами коефіцієнтів нерівномірності - за радіусом, висотою, азимутом активної зони, радіусом окремих ТВЗ і за обсягом активної зони - кожен з яких являє собою число, що показує, у скільки разів найбільша щільність потоку теплових нейтронів більша середнього її значення за відповідним аргументом. Найбільша нерівномірність у циліндричній активній зоні з однаковими ТВЗ – радіальна, друга за величиною – вертикальна нерівномірність. Таким чином, якщо не вживати заходів щодо вирівнювання нейтронного поля, в активній зоні з розмірами реальних реакторів АЕС була б більш ніж триразова нерівномірність. Практично це означає, що такий реактор виробляв би не більше третини своєї потенційно-можливої потужності. Вирівнювання нейтронного поля в реакторах АЕС (інакше зване фізичним профільуванням активної зони) досягається шляхом: - варіацій величиною збагачення ядерного палива; - раціонального розміщення поглиначів обсягом активної зони; - часткових та безперервних перевантажень палива. З визначення ТЕР випливає, що величина температурного ефекту – величина, що змінюється з температурою. Величини ядерного ТКР, експериментально виміряні у конкретного реактора на різних рівнях потужності навіть за однакової середньої температури теплоносія, будуть різними, а негативна величина ядерного ТКР змінюється у процесі кампанії. У роботі розроблено і досліджено функціональну схему автоматизації регулювання потужності енергоблоку АЕС з реактором ВВЕР-1000 в режимі підтримки тиску пари у другому контурі. Також для розробленої схеми було вибрано комплекс технічних засобів, головними достоїнствами яких є безпека, надійність і економічність експлуатації. Ключові слова: активна зона, ядерний реактор, критичні розміри, нейтронне поле, реакторі з відбивачем, температурний ефект реактивності.