Теория ядерных реакторов - Белл Д.
Скачать (прямая ссылка):
Эффект такого распределения выгорающих поглотителей показан на рис. 10.16 для небольшого теплового реактора с водяным замедлителем и высокообогащенным ураном в качестве топлива [54]. Цилиндрическая активная зона реактора разделена на две радиальные зоны, в каждой из которых выгорающие поглотители распределены равномерно. Отношение концентрации поглотителя во внешней зоне к концентрации поглотителя во внутренней зоне обозначено (3. Кривые на рис. 10.16 показывают радиальные распределения удельного тепловыделения для четырех значений Р; при P = 1 выгорающий поглотитель равномерно распределен по всей активной зоне. Очевидно, что увеличение кон-, центрации выгорающего поглотителя во внутренней зоне выравнивает поле тепловыделения.
Ситуация, иллюстрированная рис. 10.16, относится к началу кампании реактора. В течение работы реактора распределение тепловыделения меняется главным образом в результате неравномерного выгорания топлива и перемещения регулирующих стержней. Может оказаться разумным использовать в такой ситуации неравномерное в аксиальном направлении
Рис. 10.16. Влияние выгорающих поглотителей на пространственное распределение плотности энерговыделения в двухзонном реакторе [54].
-----/ onnuSо_
-----Выгора -
—________ющий поглотитель
Аксиальные координаты; отн. ед.
5
Рис. 10.17. Аксиальное распределение топлива и выгорающего поглотителя в различные моменты кампании:
а — равномерное распределение выгорающего поглотителя по реактору в начале кампании; б — выгорающие поглотители в начале кампании равномерно распределены по области реактора, высота которой равна 0,75 высоты активной зоны [55].
453
распределение выгорающих поглотителей, которые скомпенсируют эффект перемещения регулирующих стержней и обеспечат более равномерный поток нейтронов и более равномерное выгорание топлива.
На рис. 10.17 [55] показано изменение во времени концентраций топлива и выгорающих поглотителей вдоль оси рассмотренного .выше цилиндрического реактора. Регулирующие стержни вводятся в реактор сверху на одинаковую глубину. По оси абсцисс отложена аксиальная координата реактора, отсчитанная от нижней точки активной зоны. Для случая а выгорающий поглотитель распределен равномерно по высоте реактора. Видно, что топливо и поглотитель выгорают быстрее в нижней половине реактора, где нет регулирующих стержней. Для случая б то же количество выгорающего поглотителя сосредоточено в трех четвертях высоты активной зоны. Тогда распределение потока нейтронов и выгорание топлива по высоте более равномерны, чем в случае а.
10.3. РАСЧЕТЫ ТЕПЛОВЫХ РЕАКТОРОВ С ГАЗОВЫМ
ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ И ГРАФИТОВЫМ
ЗАМЕДЛИТЕЛЕМ
10.3.1. ВВЕДЕНИЕ
В заключение этой главы выясним, каким образом различные методы статических расчетов реактора могут быть использованы для обеспечения исходной информации при проведении динамических расчетов и для определения некоторых рабочих характеристик энергетических ядерных реакторов. Рассмотренные ниже проблемы имеют непосредственное отношение к выгоранию топлива, и поэтому их изложение здесь представляется оправданным.
Ядерны реакторы с графитовым замедлителем и газовым теплоносителем — наиболее ясный пример этого, поскольку рабочие характеристики таких реакторов главным образом определяются поведением нейтронов в реакторе. Следовательно, на основе статистических нейтронно-физических расчетов реакторов указанного типа можно определить такие характеристики, как температурный коэффициент реактивности, связанный с доплеровским уширением резонансов и сдвигом энергетического спектра тепловых нейтронов. Подобные расчеты будут подробно обсуждены в этом разделе.
В реакторах с водяным замедлителем ситуация несколько иная, поскольку термическое расширение и возможность вскипания теплоносителя и замедлителя могут оказаться доминирующими факторами в динамическом поведении реактора. Расчет подобных эффектов требует привлечения уравнений гидродинамики и теплопередачи, что выходит за рамки тематики данной книги.
Обсуждение результатов расчета реакторов с графитовым замедлителем и газовым теплоносителем будет связано главным образом с двумя конкретными реакторами: «Колдер-Холл» (Англия) и «Пич-Боттом» (США). Сначала рассмотрим основные характеристики этих реакторов.
Реактор типа «Колдер-Холл». В настоящее время построено восемь реакторов типа «Колдер-Холл» [56], четыре реактора расположены в Колдер-Холле (Англия) и четыре—в Чапелкроссе (Шотландия). Все эти реакторы двухц левые, т. е. предназначены для производства электроэнергии и для получения делящегося изотопа плутоний-239. Каждый реактор имеет тепловую мощность около 225 Mem и вырабатывает 50 Mem электроэнергии. Гетерогенная цилиндрическая активная зона диаметром 9,4 м и высотой 6,4 м содержит 1696 каналов с топливными элементами, расположенных в узлах квадратной решетки с шагом 20,3 сж (рис. 10.18). Топливные элементы из естественного урана •имеют диаметр 2,92 см и заключены в оболочку из магниевого сплава «маг-нокс». Теплоносителем служит газообразная двуокись углерода при давлении около 7 атм.
