Севастопольский институт ядерной энергии и промышленности Кафедра ядерных паропроизводящих установок Мерзликин Г.Я. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ Курс для эксплуатационного персонала АЭС Севастополь 2001 г. Содержание Тема1. Физические основы получения ядерной энергии 1.1. Строение вещества………………………………………………………………………………... 1.2. Строение и характеристики атомов……………………………………………………………… 1.3. Строение ядер и свойства ядерных сил…………………………………………………………. 1.4. Энергия связи и устойчивость атомов…………………………………………………………… 1.5. Закономерность и характеристики радиоактивного распада…………………………………... Тема 2. Нейтронные ядерные реакции 2.1. Основные типы нейтронных реакций в ядерном реакторе…………………………………….. 2.2. Особенности реакции деления и их практическое значение…………………………………... 2.3. Основные характеристики нейтронных полей………………………………………………….. 2.4. Скорости нейтронных реакций и их характеристики…………………………………………... Тема 3. Критичность реактора и условия её реализации 3.1. Условия осуществления критичности реактора……………………………………………….. 3.2. Нейтронный цикл в тепловом ядерном реакторе………………………………………………. Тема 4. Характеристики структуры активных зон тепловых реакторов 4.1. Ядерное топливо………………………………………………………………………………….. 4.2. Замедлитель……………………………………………………………………………………….. 4.3. Теплоноситель…………………………………………………………………………………….. 4.4. Параметры структуры активных зон гетерогенных ядерных реакторов…………………….. Тема 5. Замедление нейтронов в реакторе и его размножающие свойства 5.1. Общие начальные рассуждения…………………………………………………………………. 5.2. Характеристики замедляющих свойств веществ……………………………………………….. 5.3. Возраст нейтронов в среде……………………………………………………………………….. 5.4. Уравнение возраста Ферми и его решение……………………………………………………… 5.5. Вероятность избежания утечки замедляющихся нейтронов…………………………………... 5.6. Спектр Ферми в гомогенной непоглощающей среде…………………………………………... 5.7. Время замедления нейтронов в среде активной зоны реактора……………………………….. Тема 6. Диффузия и размножающие свойства теплового реактора 6.1. Закон диффузии тепловых нейтронов и длина диффузии……………………………………... 6.2. Скорость утечки тепловых нейтронов из единичного объёма активной зоны……………….. 6.3. Волновое уравнение Гельмгольца, уравнение критичности реактора и величина вероятности избежания утечки тепловых нейтронов…………………………………………………….. 6.4. Геометрический параметр цилиндрического реактора без отражателя и поле тепловых нейтронов в нём…………………………………………………………………………………… Тема 7. Уран-235, плутоний-239 и размножающие свойства реактора 7.1. Константа ……………………………………………………………………………………….. 7.2. Коэффициент использования тепловых нейтронов……………………………………………. Тема 8. Уран-238 и размножающие свойства реактора 8.1. Коэффициент размножения на быстрых нейтронах…………………………………………… 8.2. Вероятность избежания резонансного захвата…………………………………………………. Тема 9. Критические размеры и нейтронное поле в реакторе с отражателем 9.1. Отражатель теплового реактора…………………………………………………………………. 9.2. Эффективная добавка ……………………………………………………………………………. 9.3. Геометрический параметр и поле тепловых нейтронов в гомогенной цилиндрической активной зоне реактора с отражателем……………………………………………………………. 9.4. Особенности нейтронного поля в гетерогенном реакторе с отражателем……………………. 9.5. Показатели неравномерности нейтронного поля в реакторе и методы её снижения………... Тема 10. Температурные эффекты реактивности в энергетических реакторах 10.1. Температурный эффект и температурный коэффициент реактивности……………………... 10.2. Условие устойчивости работы энергетического реактора на мощности…………………….. 10.3. Чем определяется форма кривой ТЭР?…………………………………………………………. 10.4. Условные составляющие ТЭР и ТКР…………………………………………………………… 10.5. Мощностной ТЭР (ТКР) реактора………………………………………………………………. 10.6. ТЭР (ТКР) теплоносителя……………………………………………………………………….. Тема 11. Элементарная кинетика теплового реактора 11.1. Элементарное уравнение кинетики реактора…………………………………………………... 11.2. Среднее время жизни поколения нейтронов в тепловом реакторе…………………………… 11.3. Период реактора, время удвоения мощности и их взаимосвязь……………………………… Тема 12. Кинетика «холодного» реактора с учётом запаздывающих нейтронов 12.1. Дифференциальные уравнения кинетики реактора с учётом запаздывающих нейтронов…. 7 7 8 9 11 15 19 19 24 34 42 50 50 54 63 63 64 65 66 73 73 74 79 84 90 91 94 96 97 102 103 106 115 115 120 136 136 144 153 153 157 160 162 165 175 175 181 185 187 190 193 199 199 208 210 215 216 12.2. Переходные процессы при сообщении реактору отрицательной реактивности…………….. 12.3. Переходные процессы при сообщении реактору положительной реактивности……………. 12.4. Особенности переходных процессов при введении малых и больших реактивностей……... 12.5. Как управляют реактором на малых уровнях мощности?…………………………………….. Тема 13. Основы кинетики подкритического реактора при его пуске 13.1. Источники нейтронов в подкритическом реакторе……………………………………………. 13.2. Устанавливающаяся в подкритическом реакторе плотность нейтронов…………………….. 13.3. Переходные процессы при изменениях степени подкритичности реактора………………… 13.4. Время установления плотности нейтронов после изменения степени подкритичности……. 13.5. Процедура ступенчатого пуска и ядерная безопасность реактора…………………………… Тема 14. Понятия общего и оперативного запаса реактивности Тема 15. Уменьшение запаса реактивности с выгоранием ядерного топлива 15.1. Дифференциальное уравнение выгорания урана-235………………………………………… 15.2. Энерговыработка реактора……………………………………………………………………... 15.3. Потери запаса реактивности с выгоранием топлива………………………………………….. 15.4. Основные характеристики выгорания………………………………………………………….. Тема 16. Уменьшение запаса реактивности от шлакования ядерного топлива 16.1. Количественные меры шлакования……………………………………………………………. 16.2. Кинетика роста потерь запаса реактивности за счёт шлакования…………………………… Тема 17. Рост запаса реактивности с воспроизводством ядерного топлива 17.1. Схема образования и убыли вторичного топлива…………………………………………….. 17.2. Система дифференциальных уравнений воспроизводства плутония-239…………………… 17.3. Рост запаса реактивности с воспроизводством плутония-239……………………………….. 17.4. Коэффициент воспроизводства ядерного топлива……………………………………………. Тема 18. Использование выгорающих поглотителей 18.1. Характеристики наиболее распространённых выгорающих поглотителей…………………. 18.2. Факторы, определяющие скорость выгорания ВП……………………………………………. 18.3. Характер изменения реактивности при различных способах размещения ВП……………… 18.4. Кривая энерговыработки активной зоны реактора……………………………………………. Тема 19. Отравление реактора ксеноном-135 19.1. Схема образования и убыли ксенона и ДУ-ДУ отравления реактора ксеноном……………. 19.2. Стационарное отравление реактора ксеноном………………………………………………… 19.3. Переотравление реактора ксеноном после останова («йодная яма»)………………………… 19.4. Переотравления реактора ксеноном после изменения уровня мощности…………………… 19.5. Расчёт изменения потерь реактивности за счёт отравления реактора ксеноном……………. Тема 20. Отравление реактора самарием-149 20.1. Схема образования и убыли самария и ДУ-ДУ отравления реактора самарием……………. 20.2. Потери реактивности при стационарном отравлении реактора самарием…………………... 20.3. Закономерность выхода реактора на стационарное отравление самарием………………….. 20.4. Нестационарное переотравление самарием после останова («прометиевый провал»)……... 20.5. Переотравление самарием после пуска длительно стоявшего реактора……………………... 20.6. Нестационарное переотравление после изменения уровня мощности реактора……………. Тема 21. Эффективность стержня-поглотителя и группы поглотителей 21.1. Действие вводимого в активную зону стержня-поглотителя…………………………………. 21.2. Характеристика положения стержня-поглотителя в активной зоне………………………….. 21.3. Понятие об интегральной и дифференциальной эффективности поглотителя……………… 21.4. Эффективный радиус стержня-поглотителя…………………………………………………… 21.5. Физический вес центрального стержня-поглотителя полной длины………………………… 21.6. Физический вес нецентрального подвижного стержня-поглотителя………………………… 21.7. Кривые интегральной и дифференциальной эффективности подвижных поглотителей…… 21.8. Изменение реактивности реактора при перемещении подвижного поглотителя…………… 21.9. Особенности характеристик укороченных стержней-поглотителей………………………… 21.10. Интерференция подвижных стержней-поглотителей……………………………………….. 21.11. Простейшие методы градуировки подвижных поглотителей………………………………. Тема 22. Борное регулирование ВВЭР 22.1. Сущность борного регулирования……………………………………………………………... 22.2. Характер изменения концентрации борной кислоты в 1 контуре при водообмене………… 22.3. Эффективность борной кислоты……………………………………………………………….. 22.4. Факторы, определяющие величину дифференциальной эффективности борной кислоты… 223 226 231 233 238 238 240 244 245 246 249 252 252 253 254 255 257 257 258 262 262 262 264 264 266 266 266 268 269 271 272 273 278 285 288 290 290 291 292 293 296 297 299 299 300 300 301 303 304 305 308 308 310 312 318 318 319 321 325
