2. Геометрія та склад активної зони реактора

До складу активної зони входять ядерне паливо у вигляді двоокису урану (0), вода, що виконує функцію сповільнювача і теплоносія (1), і конструкційні матеріали, з яких виконані оболонки твел і ТВЗ (2). У дужках наведені номери компонентів активної зони, які в ході обчислень будуть використатися для позначення приналежності характеристик відповідним матеріалам.

Геометрія і основні розміри пучка твел, касети та еквівалентного осередку представлені на Рис. 2.1.

1. Геометричні розміри елементів твз

Внутрішній діаметр оболонки твела

d_вн = d₀ + 2 δ_заз (2.1)

Товщина газового зазору між сердечником палива і оболонкою твела не повинна перевищувати 0,1...0,2 мм.

Зовнішній діаметр твела

d_н = d_вн + 2 δ_об (2.2)

Товщина оболонки твела, виходячи з технологічних і вимог до міцності в різних конструкціях реакторів, приймає значення в інтервалі 0,3...1,0 мм.

2. Об’єми компонент активної зони

Розрахунок виконується для шару активної зони одиничної товщини, оскільки її склад є незмінним по висоті. Тому об’єми компонент активної зони в такому шарі можна розраховувати, як відповідну площину.

Об’єм (площа) одного твела

(2.3)

Кількість твел у шестигранній касеті, розташованих в m концентричних рядках навколо центрального, визначається вираженням

n = 3 m (m + 1) + 1 (2.4)

Кількість рядків твел у ТВЗ слід вибрати самостійно. Рекомендується вибирати значення близькі до m = 10 (касета ВВЭР-1000).

Об’єм, що займає паливо у касеті

V^к₀ = n V₀ (2.5)

Відстань між твелами – крок пучку твелів (див. Рис. 2.1)

s = d_н t (2.6)

Відносну відстань між твелами t рекомендується приймати в інтервалі значень 1,15...1,45, щоб забезпечити прийнятне співвідношення об’ємів палива та уповільнювача.

Параметр a, дорівнює відстані між рядками твел

(2.7)

Розмір «під ключ» зовнішнього рядка в гексагональному пучці твелів

H₀ = 2 m a (2.8)

Рисунок 2.1 - Геометричні характеристики пучка твелів, касети та еквівалентного осередку.

Внутрішній розмір «під ключ» оболонки касети

H_вн = H₀ + s (2.9)

Зовнішній розмір «під ключ» оболонки касети

H_к = H_вн + 2 δ^к_об (2.10)

Товщину оболонки касети небідно вибирати самостійно, враховуючи те, що виходячи з необхідності забезпечення міцності, вона не може бути менш ніж 1 мм. У деяких реакторах конструкція касети не передбачає наявність оболонки, тобто використовуються безчохлові касети.

Відстань між центрами касет – крок розташування касет

S_к = H_к + δ^к_заз (2.11)

Міжкасетний зазор з технологічних міркувань необхідно вибирати рівним 1...2 мм, що забезпечить технологічну можливість виймати касети з активної зони.

Площа, яка припадає на одну касету з урахуванням міжкасетного зазору

(2.12)

Площа конструкційних матеріалів у касеті (ураховується оболонка твел і ТВЗ)

(2.13)

Площа води, що припадає на одну касету з урахуванням міжкасетного зазору

V^к₁ = V^к – V^к₀ – V^к₂ (2.14)

3. Розміри еквівалентного осередку

Еквівалентний осередок це циліндрична спрощена модель осередку активної зони, що припадає на один твел. Еквівалентний осередок характеризується такими ж об'ємними співвідношеннями компонентів активної зони, що й реальний осередок.

Діаметр сердечника твела в еквівалентному осередку залишається таким же, як фактичний розмір сердечника твела тобто дорівнює d₀.

Зовнішній діаметр твела в еквівалентному осередку

(2.15)

Зовнішній діаметр еквівалентного осередку

(2.16)

Для перевірки коректності розрахунку треба порівняти наступні значення:

d₂ ≈ d_н, розбіжність ± 0,1 мм

d₁ ≈ s, розбіжність ± 2 мм