Теория ядерных реакторов - Белл Д.
Скачать (прямая ссылка):
223
ные нейтроны переводятся в область более низких энергий, где они имеют другую ценность. Тем не менее для сильно поглощающих (или делящихся) элементов изменение реактивности в центре сферы определяется в основном процессами поглощения (или деления).
Из уравнения (6.71) очевидно, что изменение коэффициента размножения k, происходящее из-за изменения сечения поглощения нейтронов с энергией Et пропорционально произведению потока на сопряженную функцию при этой энергии. Следовательно, зная произведение ФФ+ как функцию энергии, можно определить влияние неточностей в ядерных сечениях на рассчитанную величину реактивности. С помощью такого метода было установлено [14], что для сборок «Годива» и «Джезебел» наибольший вклад в величину эффектов реактивности дают нейтроны с энергией от 0,1 до 5 Мэе. Для сборки ZPR—III 48, которая содержит легкие элементы, наибольший вклад вносят нейтроны с энергией от 0,01 до 1 Мэе.
В табл. 6.1 [15] представлены некоторые экспериментальные значения эффектов реактивности в центре сферы в центах на грамм*атом вместе с результатами расчетов тех же величин по уравнению (6.71). Для каждой сборки указаны используемое ядерное топливо и материал исследуемых образцов. Обычно хорошее согласие экспериментальных и расчетных результатов, особенно для делящихся образцов из урана-233, урана-235 и плутония-239, показывает, что в целом ядерные данные оказываются вполне удовлетворительными в тех наиболее важных энергетических интервалах, где величина ФФ+велика.
Коррекция сечений. Хотя измеренные на сборках изменения реактивности находятся в достаточно хорошем согласии с рассчитанными на основе имеющейся библиотеки сечений, существуют и некоторые различия. Например, рассчитанное изменение реактивности, вызванное введением образца из урана-238, значительно ниже, чем экспериментальное значение, полученное на сборке «Джезебел», но несколько выше, чем та же величина, измеренная на
Рис. 6.2. Измеренные и рассчитан- Рис. 6.3. Измеренные и рассчитанные эффекты
ные эффекты реактивности урана-238 реактивности урана-238 в сборке «Топси» [14]
в сборке «Джезебел» (ломаная ли- (ломаная линия — расчет, точки — эксперимент),
ния—расчет, точки — эксперимент).
сборке «Топси». На рис. 6.2 и 6.3 представлены различия между измеренными и рассчитанными эффектами реактивности. На них приводятся зависимости эффектов реактивности в двух сборках, обусловленные введением образца из урана-238, от расстояния образца от центра активной зоны. Из рисунков видно, что рассчитанные изменения реактивности слишком велики
224
в сборке «Топси», особенно вблизи центра, и слишком малы в сборке «Дже-зебел».
Различия между рассчитанными и измеренными эффектами реактивности могут быть вызваны либо ошибками при вычислении групповых потоков нейтронов, либо неточными данными по сечению урана-238. Первый источник различий можно оценить из табл. 6.1, анализируя данные по эффектам реактивности в центре сферы для каждой отдельной сборки. Если бы групповые потоки были неточны, то характер различий между измеренными и рассчитанными эффектами реактивности был бы во всех случаях одинаковым. Однако превосходное согласие этих эффектов для образцов из делящихся элементов доказывает, что причина расхождения заключается не в этом. Таким образом, следует сделать вывод, что источником различий, по-видимому, являются неточные данные по сечению урана-238. Как отмечалось в разд. 5.4.3, для проверки точности расчета групповых потоков можно провести прямые измерения нейтронных потоков.
Таблица 6.1
Изменения реактивности в центре критических сборок, цент I (г-атом) [15]
Образец Ураи-233 (Р=0,0029) * «Г одива». ураи-235 (Р=0,0065) «Топси», ураи-235 (Р=0, 0062) «Джезебел», плутоиий-2 39 (Р=0,00 191) ZPR-III 48, плутоиий-239 (Р=0,00338)
расчет экспе- римент расчет экспе- римент расчет экспе- римент расчет экспе- римент расчет экспе- римент
Водород 155 50,5 47,8 72,5 67,6 45,4 62,8 -0,9
Дейтерий 67,2 70,0 23,0 17,8 31,6 24,0 -5,9 -5,3 —0,2 —
Бериллий 31,6 — 6,23 7,3 8,91 9,2 17,3 15,5 0 —
Бор-10 — 143 — —40,9 —55,3 —67,1 — — 191 —251 — 16,7 —30,8
Углерод 5,75 3,0 1,70 2,4 2,60 2,4 —7,28 —6,9 —0,2 —
Натрий-23 2,6 — 0,12 — 0,14 — — 12,9 — —0,07 —0,01
Железо —2,54 — -1,68 -0,2 -2,71 -2,2 —22,2 —21,5 -0,2 -2,1
T орий-233 —9,14 — — 10,0 — 1,4 — 17,5 —7,6 —85,3 —64,7 -3,6
Уран-233 978 955 255 — 364 359 1358 1359 39,7 —
Уран-235 594 — 146 149 207 208 798 804 23,9 24,2
Уран-238 146 135 23,7 24,3 28,7 26,7 98,0 114 -1.6 -2,1
Пл утоний-239 1136 — 286 285 403 403 1591 1592 35,0 34,9
Плутоний-240 724 — 158 170 210 286 983 1038 2,9 5,0
Плутоний-241 1077 276 398 1495 52,5
Эффект реактивности урана-238 в центре сборки составляется из положительного вклада за счет делений, вызываемых нейтронами высоких энергий, превышающих 1,4 Мэе, и отрицательного вклада за счет реакци й (п, у), вызываемых главным образом нейтронами низких энергий. Существуют, кроме того, вклады в эффект реактивности различного знака за счет неупругого рассеяния (упругое рассеяние нейтронов на уране-238 приводит к таким малым изменениям энергии нейтронов, что соответствующими им эффектами реактивности можно пренебречь). Как показано ниже, из данных табл. 6.1 следует, что влияние упругого рассеяния положительно в сборке «Топси» (топливо — уран-235) и отрицательно в сборке «Джезебел» (топливо — плутоний-239). По аналогии можно ожидать, что и эффекты неупругого рассеяния будут иметь соответственно те же знаки. Следовательно, один из путей улучшения согласия между измеренными и рассчитанными эффектами реактивности для урана-238 — уменьшение сечений неупругого рассеяния этого элемента.
