5.3.4 Число вторичных нейтронов деления на один поглощённый топливом нейтрон

При рассмотрении жизненного цикла нейтронов вводится величина , которая по определению равна числу вторичных нейтронов деления на один поглощённый топливом тепловой нейтрон:

(5.77)

Для топлива, состоящего из смеси изотопов урана, можно представить в виде:

(5.78)

где и - микроскопические сечения поглощения нейтронов U⁵ и U⁸ соответственно, берутся из справочных данных для тепловой группы при энергии нейтронов Е_n =0.0253 эВ; ; - обогащение по U⁵ в относительных еденицах; ; (Tn); - факторы поглощения и деления U⁵ и U⁸ соответственно.

Так как определяется отношением двух макроскопических величин, характеризующих один и тот же элемент ячейки - топливо, то изменение спектра нейтронов слабо влияет на искомый параметр. Поэтому в выражении (5.78) используются микроскопические сечения соответствующие энергии Е_n =0.0253 эВ.

Таким образом, подготовлены все коэффициенты формулы четырёх сомножителей и можно найти коэффициент размножения бесконечного реактора

. (5.79)

5.4. Расчет активной зоны ядерного реактора

5.4.1 Расчет ячейки

В гетерогенных реакторах сначала вычисляют объем каждого вещества, приходящийся на 1 см высоты ячейки (кассеты), который обычно совпадает по величине с площадью этого вещества в поперечном сечении ячейки, V_i см².

Определяются размеры ячейки, начав с плотной упаковки ТВС в активной зоне.

Объем ячейки ТВЭЛа на 1 см - ;

Объем одного ТВЭЛа и всех ТВЭЛов в ТВС: и ;

Объем теплоносителя (замедлителя): ;

Объем топлива в ТВЭЛе и суммарный по ТВС: и ;

Объем оболочки циркония одного ТВЭЛа и всех ТВЭЛов в ТВС: и .

5.4.2 Расчет ячейки твс в приближении ячейки твэЛа

Если гетерогенность среды настолько существенна, что возникает необходимость учета микрораспределения нейтронов внутри ячейки, то ячейку делят, по крайней мере, на две зоны — блок, т.е. область с повышенным поглощением тепловых нейтронов, и замедлитель. Для ВВЭР в первую зону входят топливо и циркониевая оболочка, а во вторую – замедлитель (теплоноситель).

Объем зоны 1 - ;

Объем зоны 2 - ;

Объем расчетной ячейки - .

3. Расчет ядерных концентраций элементов активной зоны.

Общее распределение плотности потока нейтронов по реактору получатся сложным, и может быть рассчитано лишь специальными «гетерогенными методами». В целях упрощения расчетов используют гомогенизацию ячейки.

В гомогенной среде ядерная концентрация i-го элемента ρ_i находится по формуле , ядер/см³

где _i - плотность вещества, г/см³ (прил. 1), плотность воды выбирается в зависимости от температуры среды в реакторе; плотность воды следует выбирать в соответствии со средней температурой ТН; N_A = 0,602210²⁴ моль^–1 – число Авогадро; A_i – молярная масса i-го элемента.

Для расчета ядерных концентраций U²³⁵ и U²³⁸ следует использовать формулу и , где ρ₅ и ρ₈ - ядерные концентрации U²³⁵ и U²³⁸ соответственно; ρ_UO2 - ядерная концентрация топлива; X₅ – обогащение топлива изотопом U²³⁵.

Ядерная концентрация О₂ принимается равной: ;

Ядерные концентрации элементов в зоне 1: ;

Ядерные концентрации элементов в зоне 2: ;

Ядерные концентрации элементов в ячейке: ,

где ρ_i - ядерная концентрация i-го элемента в гомогенной среде;