Главная >> Лекции по ядерной физике >> Коэффициент использования тепловых нейтронов

7.2.4. Нахождение коэффициента использования тепловых нейтронов в многозонных ячейках реальных энергетических тепловых реакторов

Ячейка активной зоны реального энергетического теплового реактора отличается от только что рассмотренной ячейки тем, что:

- во-первых, она имеет не две однородных зоны (топливной компози­ции и замедлителя), а более двух; например, в активной зоне ВВЭР-1000 в ячейке одиночного твэла можно выделить зону топливной композиции, зону материала оболочки твэла, зону окружающего твэл водяного замедлителя и зону относящегося к твэлу конструкционного материала дистанционирующей решетки;

- во-вторых, форма сечения ячейки активной зоны реального реакто­ра не круглая, а либо гексагональная (при структуре треугольной решёт­ки), либо квадратная (при структуре квадратной решётки).

Поэтому, чтобы при вычислении q воспользоваться результатами, по­лученными в п.7.2.3, прибегают к методу двухзонной гомогенизации, суть которого заключается в условной замене реальной многозонной ячейки не­круглой формы  эквивалентной равнообъёмной двухзонной ячейкой круглой формы.
Как производится двухзонная гомогенизация, рассмотрим на простей­шем примере ячейки активной зоны реактора ВВЭР-1000 (рис.7.5).

Поскольку материал оболочки твэла (цирконий-ниобиевый сплав Н1) по своим замедляющим и поглощающим свойствам ближе к замедлителю, чем к топливной композиции (цирконий обладает низким сечением поглощения и довольно высоким значением замедляющей способности), оболочку твэла будет правильнее гомогенизировать вместе с замедлителем ячейки.

Мысленно представим себе, что и замедлитель ячейки, и оболочка твэла "перетира­ются" в атомный порошок, идеально перемешиваются и затем атомы этой смеси равномерно распределяются в общем (суммарном) объёме замедлителя и оболочки твэла. В результате из двух однородных зон (реальной оболочки и реального замедлителя) получается одна тоже однородная зона гомо­генизированного "замедлителя", причём гомогенизированный "замедлитель" в эквивалентной двухзонной ячейке будет занимать объём кольцевой формы той же величины, то есть равный суммарному объёму реального замедлите­ля и оболочки твэла.

Топливную композицию твэла гомогенизировать нет необходимости, так как она и без этого является гомогенной средой, поэтому топливная ком­позиция становится топливным блоком той же (цилиндрической) формы и с теми же размерами в эквивалентной двухзонной ячейке.
Поскольку реальная и эквивалентная ячейки имеют одинаковый объём, или одинаковые величины поперечных сечений, вычислить величину эквива­лентного диаметра двухзонной ячейки несложно: так как шаг треугольной решётки твэлов в реакторе (а_т) известен и его величина равна "размеру под ключ реальной ячейки, то площадь по­перечного сечения ячейки:           

Трансформировав таким образом реальную многозонную ячейку в экви­валентную двухзонную, остаётся для вычисления θ воспользоваться форму­лами (7.2.19) ¸ (7.2.23), полученными для двухзонных ячеек. Единствен­ное, что мешает приступить к немедленному расчёту по этим формулам, - незнание величины макросечения поглощения гомогенизированного замедли­теля (∑_a^з*) и длины диффузии тепловых нейтронов в нём (L_з*).

Эти величины находятся исходя из величин соответствующих макросе­чений реальных замедлителя и материала оболочки твэлов по формулам:

Двухзонная гомогенизация при вычислении θ даёт тем более близкий к реалии результат, чем ближе распределение Ф(r) в эквивалентной ячейке к распределению Ф(r) реальной ячейки.

Вот почему при двухзонной гомогенизации, когда возникает вопрос, к чему относить оболочку твэла - к топливному блоку или к замедлителю, - следует внимательно анализировать поглощающие и диффузионные свойст­ва материала оболочки и сравнивать их со свойствами топливной компози­ции и используемого замедлителя: если макросечение поглощения материа­ла оболочки ближе по величине к сечению поглощения замедлителя (как в приведенном примере циркониевой оболочки), то оболочку следует гомоге­низировать вместе с замедлителем, а если оно ближе к величине макросе­чения топливной композиции, - то гомогенизацию оболочки лучше проводить вместе с топливом (в объёме всего твэла).

Например, оболочка из нержавеющей стали 08Х16Н15М3Б (∑_{а ≈} 0.24 см^-1) по поглощающим свойствам значительно ближе к топливной композиции не­высокого обогащения (∑_a ≈ 0.3 см^-1), чем к воде (∑_a ≈ 0.02 см^-1), поэ­тому гомогенизация этой оболочки вместе с топливной композицией твэла даст меньшее искажение Ф(r) в гомогенизированном твэле, чем при гомо­генизации оболочки вместе с замедлителем, а, следовательно, - даст бо­лее точный результат в вычислении θ.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: