Теория ядерных реакторов - Белл Д.
Скачать (прямая ссылка):
T а б л и ц а 5.6
Рассчитанные значения эффективного коэффициента размножения для быстрых
критических сборок’ [39]
Активная зона Отражатель Радиус активной ЗОНЫ, CM Рассчитанное значение к
Уран-233 Уран-235 («Годива») Плутоний-239 («Джезебел») Уран-235 (37,5 %) Уран-235 (16,7 %) Уран-235 Уран-235 Уран-235 («Топси») Ура н-235 Уран-235 ZPR-III 48 (см. текст) Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует 7.6 см урана 1.8 см урана 8.9 см урана Толстый слой урана 5,1 см стали 4.6 см тория 30 см урана 5,965 8,710 6,285 14,57 20,32 7,725 6,391 6,045 7,39 7,80 47,42 1,0115 0,9912 1,0039 0,9855 0,9893 0,9907 0,9939 0,9907 0,9756 0,9905 1,016
Все рассмотренные системы, исключая ZPR—III 48, имели небольшие размеры и были просты как по своему составу, так и по геометрии (приближенно сферическая форма). Сборка ZPR—III48 имитировала быстрый реактор с активной зоной, содержащей в основном карбиды урана-238 и плутония-239, натрий в качестве теплоносителя и сталь в качестве конструкционных материалов; отражатель состоял в основном из урана. По указанным ранее причинам спектр нейтронов в такой системе смещается в область более низких энергий, чем для
* Описание сборок см. в работе [40].
T а б л и ц а 5.5 Зависимость рассчитанных значений коэффициента размножения от числа энергетических групп [37]
Сборка Число групп
6 12 24
«Годива» «Джезебел» «Топси» Сфера из урана-233 0,9960 1,0045 0,9965 1,0106 0,9911 1,0035 0,9925 1,0110 0,9912 1,0039 0,9907 1,0115
194
других сборок, в которых используется металлическое горючее. He следует ожидать, что используемые в быстрых сборках сечения, особенно выбор энергетических групп и пренебрежение резонансным поглощением, будут применимы для рассмотрения сборки ZPR—III 48. Однако данные по этой сборке приведены в таблице, поскольку они представляют общий интерес.
Достоверность ядерных данных. Из табл. 5.6 видно, что расчетные значения эффективного коэффициента размножения k для всех критических сборок в самом худшем^случае отличаются от единицы не более чем на 1—2%.
Следовательно, можно сделать вывод о том, что библиотека сечений яв^ ляется достаточно точной для предсказания критичности в быстрых (металлических) реакторных системах. Однако, принимая во внимание рассмотренные сборки, с помощью данных табл. 5.6 можно в действительности проверить сечения только некоторых изотопов, в частности урана-233, урана-235, урана-238 и плутония-239, и в меньшей мере тория, железа, углерода и натрия.
Более тщательное изучение результатов, приведенных в таблице, открывает некоторые ВОЗМОЖНОСТИ «’ДЛЯ улучшения библиотеки сечений. Например, из таблицы видно, что для всех сборок, содержащих в качестве горючего уран-235, эффективный ^коэффициент размножения меньше единицы. Это может указать на то, что значения v или а/, используемые в расчетах, слишком малы. Кроме того, очень низкое значение коэффициента размножения для системы со стальным отражателем указывает на то, что необходимо уточнить сечения железа. S
Информацию о надежности библиотеки сечений можно также получить из расчетов и измерений влияния на эффективный коэффициент размножения (или на реактивность) введения в критическую сборку различных материалов. Этот подход рассмотрение разд. 6.3.6.
Еще один путь определения точности данных по сечениям — сравнение расчетных значений групповых потоков с измеренными. He вдаваясь в детали, можно отметить некоторые общие свойства таких измерений. Для измерений применяются активационные детекторы. Пороговое детектирование с использованием, например, реакции 31P (п, р)31 Si, имеющей порог около 2,7 Мэе, и реакции 238U (п, у) с порогом около 1,4 Мэе оказывается очень полезным для описания высокоэнергетической части нейтронного спектра. Для нейтронов более низких энергий применяются (п, 7)-детекторы, например, золото (реакция 197Au (п, у) 198Au). Для определения спектра нейтронов можно использовать активацию делящихся изотопов, так как сечения деления до некоторой степени по-разному изменяются с энергией.
На практике в активационных измерениях обычно определяют отношение активностей нескольких детекторов, такие отношения получили название спектральных индексов [41]. Преимущество такого метода состоит в том, что в нем сведено к минимуму влияние неопределенностей в истории облучения детектора.
Спектр нейтронов можно иногда измерить непосредственно. Например, для подкритических систем проводили эксперименты с использованием метода времени пролета [42]. Для любых подкритических или критических сборок можно применять ядерные эмульсии или пропорциональные счетчики протонов отдачи [43]. Сравнение результатов измерений с рассчитанными значениями потока нейтронов служит хорошей проверкой точности и надежности сечений неупругого рассеяния, которые являются наиболее важными при определении потерь энергии нейтронов в результате столкновений с тяжелыми ядрами.
Очевидно, что описанные экспериментальные методы оказываются приемлемыми для определения спектра нейтронов в быстрых реакторах. Сравнение их с результатами многогрупповых расчетов может дать уверенность в надежности расчетных методов и используемой библиотеки сечений. Если между расчетными^и измеренными результатами наблюдаются различия, то часто можно определить источник этих расхождений и предложить способы их устранения.
