Принципиальные подходы к проектированию реакторов

ЯР в форме сферы

ЯР в форме цилиндра

ЯР в форме прямоугольный параллелепипед

Результаты анализа ЯР других геометрий

Изложенная методика для критического гомогенного цилиндрического ЯР без отражателя в полной мере применима для реакторов других геометрий и форм. Без выводов запишем результаты анализа ЯР по изложенной методике.

 

1. ЯР в форме бесконечной пластины

Геометрия – одномерная

Экстраполированные размеры: ширина – H

Распределение потока нейтронов :

Геометрический параметр:

Минимальный критический объем: не определяется

Коэффициент неравномерности: kx =π/2≈ 1,57

 

Геометрия – трехмерная (декартова система координат)

Экстраполированные размеры: ширина – a; длина – b; высота – c

Распределение потока нейтронов :

 

Геометрический параметр:

Минимальный критический объем:

Коэффициент неравномерности по объему: kV =π3/8≈3,87

 

Геометрия – цилиндрическая

Экстраполированные размеры: радиус – R; высота – H

Распределение потока нейтронов :

Геометрический параметр:

Минимальный критический объем:

Коэффициент неравномерности по объему: kV ≈3,63

 

Геометрия – сферическая

Экстраполированные размеры: радиус – R

Распределение потока нейтронов :

Геометрический параметр:

Минимальный критический объем:

Коэффициент неравномерности по объему: kV=π2/3≈3,29

 

Выражая найденные минимальные объемы через объем сферического реактора, получаем: . Таким образом, при заданном значении геометрического параметра минимальный критический объем (а значит и минимальную критическую массу) имеет сферический ЯР. Это объясняется тем, что утечка нейтронов происходит через поверхность ЯР. Поэтому при заданном составе минимальный объем будет иметь реактор, в котором утечка меньшая, т.е. реактор с наименьшей площадью поверхности. Из рассмотренных реакторов таким является сферический ЯР. По этой же причине (меньшая утечка нейтронов) сферический ЯР имеет наименьший kV, т.е. в таком ЯР поток нейтронов наиболее равномерно распределен по объему.

 

В предыдущем параграфе было установлено, что геометрический параметр действительно связан с формой и размерами ЯР. Таким образом, условие критичности χ2= B2 имеет очевидный физический смысл: в критическом гомогенном ЯР без отражателя в одногрупповом приближении условие критичности связывает материальные и геометрические характеристики ЯР.

В дальнейшем, рассматривая другие приближения, другие компоновки ЯР, будут получены условия критичности, имеющие другой вид. Однако в любом случае физический смысл условий критичности любого вида остается неизменным: связь в критическом реакторе материальных и геометрических характеристик ЯР.

Условие критичности χ2= B2 позволяет применить два подхода к проектированию реакторов. В первом случае на основе подобранных состава материалов, их соотношения в ЯР (найденных k и χ2) можно определить критические размеры активной зоны, что в дальнейшем позволяет решить задачу о мощности ЯР, исходя из условий отвода мощности из активной зоны.

На практике обычно используют другой подход. По заданной мощности ЯР, исходя из условий теплоотвода, находят размеры акт. зоны (геометрический параметр) и определяют загрузку топлива, необходимую как для выполнения условия критичности, так и для обеспечения заданной продолжительности работы ЯР.