Выражение для геометрического параметра цилиндрической ак­тивной зоны.

Х

- 0.5

Результат решения волнового уравнения для цилиндрической гомогенной активной зоны.

Если записать волновое уравнение в цилиндри­ческой системе координат, начало которой совпадает с центром активной зоны, и решить его при обозначенных выше граничных условиях, то интег­рал этого уравнения будет иметь вид:

 

Выражение означает, что:

- распределение величины плотности потока тепловых нейтронов по высоте цилиндрической гомогенной активной зоны (в точках равно­удаленных от оси симметрии на расстояние r)подчиняется закону косинуса:

Ф(z) r=idem = Фоr cos(pz/H'),

где Фоr = Ф(z=0, r) - значение плотности потока тепловых нейтронов на цилиндрической поверхности радиуса r на середине высоты активной зоны (рис.6.8):


d

 

d d

Рис.6.8. Эпюры распределения плотности потока тепловых нейтронов по высоте цилиндрической

гомогенной активной зоны по оси симметрии и на разных отстояниях от оси.

z

d

 

d d

 

 

Рис.6.9. Эпюры распределения плотности потока тепловых нейтронов по радиусу

цилиндрической гомогенной активной зоны на разных уровнях по её высоте.

- распределение плотности потока тепловых нейтронов по радиусу активной зоны (в плоских круговых поверхностях на любой фиксиро­ванной высоте z над (или под) центром активной зоны) подчиняется закону функции Бесселя первого рода нулевого порядка:

Ф(r) z=idem= Фоz Io(2.405r/R'),

где Фоz = Ф(z,r=0) - значение плотности потока тепловых нейтронов на оси симметрии активной зоны на высоте z (рис.6.9).

Функция Бесселя первого рода нулевого порядка Io(x) для действи­тельного аргумента x появляется при решении волнового уравнения в ци­линдрической системе координат. Начальный участок графика этой функции (при изменении x в пределах от 0 до 2.405) напоминает график функ­ции косинуса в пределах от 0 до p/2: при x = 0 Io = 1, а при x = 2.405 Io = 0 (рис.6.10). Более того, значения этих функций при значениях ар­гумента x в указанных интервалах их с точностью до + 2% совпадают.

 

I0(x) 1.0

 

0.5

 

 

 

Рис.6.10. График функции Бесселя первого рода нулевого порядка Io(x) для действительного аргумента.

 

В связи с тем, что график Io(x) пересекает ось абсцисс при xo = 2.405, это значение аргумента называют первым корнем (или первым нулём) функ­ции Бесселя первого рода нулевого порядка.

Характер косинусоидально-бесселевского распределения плотности по­тока тепловых нейтронов в цилиндрической гомогенной активной зоне действителен (совпадает с реальным) для любых точек активной зоны, исклю­чая точки, лежащие в пределах относительно тонкого приграничного слоя толщиной ~ 2ltr среды активной зоны, где действительный характер рас­пределения Ф(z,r) несколько отклоняется от аналитического в сторону уве­личения.

Учитывая, что транспортные макросечения сред активных зон ВВЭР не превышают нескольких см -1, соответствующие им величины длины линейной экстраполяции d оказываются не выше 1 см. Поэтому распределение Ф(z,r) в цилиндрических гомогенных активных зонах с размерами более 1 м фак­тически определяется не столько величиной d, сколько действительными размерами активной зоны.

Этот вывод справедлив и для гетерогенных тепловых реакторов.

Это выражение получается путём решения волно­вого уравнения. После преобразований полу­чается:

Bг2 = (p/H')2 + (2.405/R')2

Как видим, геометрический параметр имеет размерность см-2, а его величина обратно пропорциональна квадрату линейных размеров активной зоны реактора.

О величине геометрического параметра говорят такие цифры:

- для реактора космической спутниковой электростанции (R'» 6 см, H'~ 11 см) величина Вг2 » 0.2422 см-2;

- для реактора морского атомохода (R' » 50 см, H' » 100 см) Вг2 » 3.3 10-3 см-2;

- для реактора ВВЭР-1000 (R' = 158 см, H' = 355 см) Вг2 = 3.1 10-4 см-2;

- для реактора РБМК-1000 (R' = 590 см, H' = 700 cм) Вг2 = 3.7 10-5 см-2.

Падающий характер изменения величины Вг2 с ростом линейных разме­ров активной зоны позволяет качественно разрешить вопрос о соотношении величин геометрического и материального параметров в некритических ре­акторах (в критических реакторах, как уже отмечалось, Вг2 = Вм2).

Величина материального параметра для любого реактора определяется только составом материалов, входящих в его активную зону. Следователь­но, для гетерогенного реактора, активная зона которого состоит из одинаковых ячеек, величина материального параметра для всей активной зоны уже определена составом материалов одиночной ячейки: ведь соотношение материалов в одиночной ячейке и во всей активной зоне, составляемой из определённого числа таких ячеек, одинаково. Значит, величина материаль­ного параметра от числа размещаемых в его активной зоне ячеек не зависит и в процессе загрузки топливных ячеек в активную зону не меняется.

Теперь представим себе процесс загрузки активной зоны и доведения её до критического состояния: в загруженный замедлителем реактор вна­чале вставляется центральная ТВС, затем вокруг неё размещается первый слой из 6 таких же ТВС, затем последовательно ставятся на свои места 12 ТВС второго слоя, затем - 18 ТВС третьего слоя и т.д., - до тех пор, по­ка не будет набрано критическое количество ТВС, при котором в активной зоне начинается самоподдерживающаяся цепная реакция деления.

Ясно, что в процессе доведения активной зоны до критического со­стояния растёт радиус набора активной зоны, а значит, величина геомет­рического параметра:

Bг2 = (p/H')2 + (2.405/R')2

в процессе набора критической массы будет уменьшаться. И когда активная зона достигнет критичности, величина геометрического параметра снизится до величины материального параметра.

Таким образом, в подкритическом реакторе величина геометрического параметрабольше величины материального параметра, а в надкритическом (который получился бы, если бы в активную зону добавили еще одну ТВС сверх критического их количества) - наоборот - величина материального параметра стала быбольше величины геометрического параметра.