Водо-водяной реактор. Физический расчет - Курсовая работа

Начало ХХ - века ознаменовалось несколькими тенденциями, такими как рост промышленного производства и численности населения, что неизменно провоцировало рост энергопотребления. Рост энергопотребления человечеством приводит к улучшению качества жизни и в свою очередь к росту численности населения. Так по расчетам ученых с начала прошлого века рост население увеличилось в 4 раза, а потребление на человека увеличилось в 20 раз. Рост крупных населенных пунктов послужил толчком к росту централизованного энергоснабжения, по причине экономической рентабельности крупных энергетических центров способных выдавать от 1 Гвт/ч и более, что примерно эквивалентно потреблением энергии городом с населением около 400 тысяч человек. Запасы тория превосходят запасы урана, период полураспада тория меньше, в процессе работы реактора на ториевом топливе не образуется плутоний, а так же теплопроводность и точка плавления тория выше, чем у урана, что предполагает работу реактора при более низкой и безопасной температуре.Преимущественное использование водо-водяных реакторов в ядерной энергетике объясняется рядом причин. К ним прежде всего следует отнести то, что вода оказалась наиболее подходящим материалом для ядерных реакторов в качестве замедлителя и теплоносителя. Как замедлитель вода имеет наивысшую замедляющую способность, поэтому водо-водяные реакторы компактны, обладают сравнительно высоким энерговыделением с единицы объема активной зоны. Использование воды одновременно в качестве замедлителя и теплоносителя позволило создать реакторы, сравнительно простые по устройству. Сравнительно высокое поглощение нейтронов водой отрицательно сказывается на балансе нейтронов в активной зоне и предопределяет применение только обогащенного урана, вследствие чего коэффициент воспроизводства в водо-водяных реакторах сравнительно невысок.В настоящее время таких реакторов построено и находится в эксплуатации довольно большое количество. Все узлы реактора находятся внутри прочного корпуса, представляющего собой вертикальный толстостенный сосуд с эллиптическим днищем, сверху закрытый объемной крышкой. Корпус водо-водяных реакторов является ответственным элементом, так как должен выдерживать высокое давление теплоносителя. Корпус изготовляется в заводских условия из термостойкой перлитной стали, а изнутри делается наплавка (плакировка) слоем 10-20 мм из аустенитной нержавеющей стали. Для опоры и дистанцирования топливных кассет, а также для организации потока теплоносителя внутри корпуса служит корзина активной зоны, обычно представляющая собой обечайку, в нижней части которой крепится опорная плита, а в верхней - устройство для дистанцирования топливных кассет.В то же время выход из строя (разгерметизация ТВЭЛ) приводит к опасным последствиям - выходу радиоактивных продуктов деления в контур теплоносителя. Конструкция и материалы ТВЭЛ и ТВС должны обеспечивать их надежную работу при высоких плотностях энерговыделения и при больших глубинах выгорания. ТВЭЛ также выполняют функции барьеров безопасности, предотвращающих выход высокоактивных продуктов деления в теплоноситель. При выборе конструкции ТВЭЛ и его размеров необходимо учитывать следующие соображения: чем больше отношение поверхности к объему, тем меньше напряженность единицы поверхности ТВЭЛ; с возрастанием отношения поверхности к объему ТВЭЛ уменьшаются размеры активной зоны, но одновременно возрастает доля конструкционных материалов, снижаются прочностные и вибрационные характеристики ТВЭЛ;Так как оболочки ТВЭЛ работают в наиболее трудных условиях одновременно длительного воздействия высоких температур и полей облучения, тепловых потоков, давления, коррозионного действия теплоносителя, топлива и продуктов деления к ним предъявляют жесткие требования: 1) малое сечение поглощения нейтронов; 5) материал оболочки ТВЭЛ не должен взаимодействовать с ядерным топливом и теплоносителем во всем диапазоне рабочих температур. Оболочки ТВЭЛ для водо-водяных реакторов изготавливаются из металлических трубок, выполненного из сплава на основе циркония. Трубки, заполненные таблетками из диоксида урана с торцов, герметизируются стальными наконечниками.Кассета - это строго определенное количество ТВЭЛ, конструктивно объединенных между собой, с обеспечением условий эффективного тепловыделения и теплоотдачи, а так же оперативной замены, предусмотренной правилами эксплуатации. Кассета состоит из следующих частей: рабочая часть - ТВЭЛ, свободноразмещенные в узлах дистанцирующих решеток; несущий каркас - состоит из продольных труб (или одной трубы) с поперечными дистанцирующими решетками.Схема расчета реактора на тепловых нейтронах начинается с предварительной оценки размеров активной зоны, которые обеспечили бы нужный теплосъем при заданной мощности аппарата. Перед расчетом реактора необходимо выбрать шаг решетки, конструкцию, размеры и материалы тепловыделяющих элементов, их число в канале или кассете. В гетерогенных реакторах максимально допустимая тепловая нагрузка qmax на поверхности тепловыделяющих элем

Оглавление

Введение

1. Водо-водяные энергетические реакторы (ВВЭР)

1.1 Общие сведения

1.2 Краткое описание активной зоны водо-водяного реактора

1.3 Конструкции тепловыделяющих элементов

1.4 Материалы оболочек тепловыделяющих элементов

1.5 Топливные кассеты и сборки

2. Предварительный расчет

3. Физический расчет реактора

3.1 Расчет ядерных концентраций

3.2. Расчет площадей и долей материала в ячейке

3.3 Расчет микро- и макросечений для «холодного» реактора

3.4 Расчет коэффициента размножения для бесконечной среды

3.5 Расчет эффективного коэффициента размножения

4. Температурный эффект реактивности

4.1 Перерасчет ядерных концентраций

4.2 Зависимость поперечных сечений от температуры

4.3 Расчет коэффициента размножения для бесконечной среды

4.4 Расчет эффективного коэффициента размножения

5. Многогрупповой расчет, спектр нейтронов в активной зоне

5.1 «Пересчет» концентраций ядер

5.2 Многогрупповой расчет

Заключение

Список используемых источников

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Начало ХХ - века ознаменовалось несколькими тенденциями, такими как рост промышленного производства и численности населения, что неизменно провоцировало рост энергопотребления. Рост энергопотребления примерно пропорционален росту ВВП.

Рост энергопотребления человечеством приводит к улучшению качества жизни и в свою очередь к росту численности населения. Так по расчетам ученых с начала прошлого века рост население увеличилось в 4 раза, а потребление на человека увеличилось в 20 раз. Рост крупных населенных пунктов послужил толчком к росту централизованного энергоснабжения, по причине экономической рентабельности крупных энергетических центров способных выдавать от 1 Гвт/ч и более, что примерно эквивалентно потреблением энергии городом с населением около 400 тысяч человек. Такое количество энергии, к примеру, можно получить сжигая 300 - 400 тонн мазута в сутки.

Эти события оказывают, пожалуй, сильнейшее влияние на направление развития человечества в наше время и в ближайшие 100 лет.

Основной предпосылкой развития малых АЭС России служит ее географическое положение, низкая плотность населения и отсутствие полноценной инфраструктуры для поддержания устойчивого развития регионов крайнего Севера и Дальнего востока.

В работе был рассмотрен торий как воспроизводящий элемент. Запасы тория превосходят запасы урана, период полураспада тория меньше, в процессе работы реактора на ториевом топливе не образуется плутоний, а так же теплопроводность и точка плавления тория выше, чем у урана, что предполагает работу реактора при более низкой и безопасной температуре.

Поэтому в работе поставлена цель: определение оптимальных параметров ядерных реакторов нового поколения малой мощности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Анализ эксплуатационных параметров и конструктивных особенностей водо-водяных реакторов под давлением.

2. Проведение предварительного, нейтронно-физического расчета «горячего» и «холодного» реактора а так же моногогруппового расчета реактора для определения спектра плотности потока нейтронов.

1. Водо-водяные энергетические реакторы (ВВЭР)