Окунев, И.С. Лисицын Нейтронно-физический расчет решетки ядерного реактора на основе газокинетической теории переноса Под редакцией В.И. Солонина Рекомендовано Учебно-методическим объединением «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия Москва Издательство МГТУ им. <...> Дано описание программы WIMS нейтронно-физического расчета решетки реактора, приведены примеры задания исходных данных. <...> Нейтронно-физический расчет ядерных реакторов регламентирован ГОСТом Р 50088–92, содержащим общие требования к проведению физического расчета водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР). <...> Подобная информация крайне важна и полезна для студентов, выполняющих нейтронно-физические расчеты в рамках курсовых или дипломных проектов. <...> Особенностям и методам расчета решетки реактора, используемым в программе WIMS, посвящены главы 4–6. <...> Программа WIMS нейтронно-физического расчета, обладающая лучшей точностью по сравнению с диффузионным приближением, широко используется в нашей стране и за рубежом. <...> Основные приближения При проведении нейтронно-физического расчета активной зоны ВВЭР оценивают: параметры критичности; запасы, эффекты и коэффициенты реактивности, эффективность органов регулирования; распределение мощности в активной зоне; выгорание топлива, включая длительность кампаний топливных загрузок, расход топлива, изотопный состав выгружаемого топлива; эффекты пространственно-временной кинетики в активной зоне. <...> При математическом моделировании процессов переноса нейтронов и, как следствие, в нейтронно-физических расчетах используют два основных приближения. <...> Наиболее простым и наименее точным для расчета ядерных реакторов является диффузионное приближение, основанное на упрощении интегро-дифференциального газокинетического уравнения переноса нейтронов и использовании математических моделей, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных. <...> Наиболее точное приближение <...>
_Нейтронно–физический_расчет_решетки_ядерного_реактора_на_основе_газокинетической_теории_переноса.pdf
УДК 519.6 + 621.039 (075.8)
ББК 31.46
О-52
Рецензенты: В.В. Перевезенцев, Н.Л. Чичулин, М.А. Увакин
О-52
Окунев В.С.
Нейтронно-физический расчет решетки ядерного реактора
на основе газокинетической теории переноса : учеб. пособие /
В.С. Окунев, И.С. Лисицин; под ред. В.И. Солонина. — М. :
Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. — 145, [3] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-3333-9
Рассмотрены основные уравнения газокинетической теории
переноса нейтронов и методы их решения, положенные в основу
математических моделей компьютерных программ нейтронно-физического
расчета решетки реактора, а также некоторые особенности
расчета решетки. Дано описание программы WIMS нейтронно-физического
расчета решетки реактора, приведены примеры
задания исходных данных.
Для студентов старших курсов, обучающихся по специальности
«Ядерные реакторы и энергетические установки» и выполняющих
курсовые, дипломные проекты и НИРС. Может быть
полезно аспирантам и специалистам, занимающимся нейтроннофизическим
расчетом реакторных установок и контейнеров для
транспортировки ядерного топлива.
УДК 519.6 + 621.039 (075.8)
ББК 31.46
ISBN 978-5-7038-3333-9
2
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................................................................................. 3
1. Требования к проведению физического расчета ............................. 6
1.1. Основные приближения ............................................................... 6
1.2. Нормативная документация ......................................................... 7
1.3. Объем и детальность..................................................................... 8
1.3.1. Категории физического расчета ........................................... 8
1.3.2. Проектный расчет на стадии эскизного проектирования.... 8
1.3.3. Проектный расчет на стадии технического проектирования
....................................................................................... 10
1.3.4. Эксплуатационный расчет для обоснования перегрузки
топлива в реакторе................................................................. 12
1.3.5. Оперативный эксплуатационный расчет............................. 13
1.4. Точность расчетов......................................................................... 15
1.5. Требования к оформлению расчетов........................................... 16
2. Основные положения теории диффузии............................................. 17
2.1. Диффузия нейтронов .................................................................... 17
2.2. Диффузионное приближение....................................................... 19
3. Соотношения газокинетической теории переноса нейтронов........ 21
3.1. Газокинетическое уравнение Больцмана. Три основные
модели теории переноса ............................................................... 21
3.2. Решение нестационарных задач................................................... 25
3.2.1. Приближение точечной кинетики........................................ 25
3.2.2. Реактивность .......................................................................... 26
3.3. Интегральное уравнение переноса нейтронов (уравнение
Пайерлса) ....................................................................................... 27
3.3.1. Общий случай ........................................................................ 27
3.3.2. Стационарное уравнение Пайерлса для моноэнергетических
нейтронов................................................................... 30
3.4. Область применения газокинетического уравнения переноса
нейтронов....................................................................................... 33
4. Бесконечная решетка реактора............................................................ 35
4.1. Иерархические уровни нейтронно-физического расчета .......... 35
4.2. Преимущества гетерогенных систем........................................... 35
143
Стр.143
4.3. Типы решеток................................................................................ 38
4.4. Особенности расчета ячейки........................................................ 39
4.4.1. Ограничения диффузионного приближения....................... 39
4.4.2. Выбор программ расчета ячейки.......................................... 40
4.4.3. Приближение Вигнера — Зейтца......................................... 42
4.4.4. Метод эффективной гомогенизации .................................... 43
4.4.5. Блок-эффект. Эффект экранирования.................................. 44
4.4.6. Эффект резонансного самоэкранирования.......................... 46
4.4.7. Эффект затенения .................................................................. 47
4.4.8. Особенности реактора на быстрых нейтронах.................... 48
5. Метод вероятностей первых столкновений ....................................... 50
5.1. Общие положения......................................................................... 50
5.2. Уравнения метода ......................................................................... 51
5.3. Использование метода вероятностей первых столкновений
для расчета бесконечных решеток............................................... 53
5.3.1. Соотношения взаимности..................................................... 53
5.3.2. Разреженные решетки ........................................................... 55
5.3.3. Тесные решетки ..................................................................... 58
5.3.4. Сложные решетки (каналы) .................................................. 60
6. Метод дискретных ординат................................................................... 63
6.1. Разновидности SN-метода ............................................................. 63
6.2. Особенность метода дискретных ординат.................................. 65
6.3. Схема метода дискретных ординат ............................................. 66
6.4. Метод дискретных ординат в плоской геометрии ..................... 69
6.5. Метод дискретных ординат в криволинейной геометрии........ 70
6.6. Метод дискретных ординат в произвольной геометрии........... 71
6.7. Метод дискретных ординат применительно к многогрупповому
приближению....................................................................... 73
7. Описание программы WIMS................................................................ 74
7.1. Общие сведения ............................................................................ 74
7.2. Константное обеспечение............................................................. 77
7.3. Организация ввода-вывода информации. Структура файла
исходных данных .......................................................................... 81
7.3.1. Файл исходных данных программы WIMS-D/4.................. 81
7.3.2. Файл исходных данных программы WIMS-D5................... 83
7.4. Запуск программы. Файлы результатов...................................... 83
7.5. Примеры файлов исходных данных............................................ 85
7.5.1. Расчет бесконечной решетки твэлов реактора
ВВЭР-1000 .............................................................................. 85
144
Стр.144
7.5.2. Расчет температурных и плотностных эффектов реактивности.
Замещение материала. Расчет групповых
макроконстант........................................................................ 89
7.5.3. Расчет полиячейки................................................................. 92
7.5.4. Расчет топливных каналов реактора РБМК-1000............... 93
7.5.5. Расчет решетки ТВС реактора ВВЭР-1000.......................... 101
Заключение.................................................................................................... 117
Литература..................................................................................................... 118
Приложения .................................................................................................. 120
П1. Деление шкалы кинетической энергии нейтрона на энергетические
группы в программе WIMS.............................................. 120
П2. Идентификаторы нуклидов в программе WIMS-D/4................. 126
П3. Основные операторы программы WIMS-D/4 ............................ 132
П4. Нуклиды библиотеки констант программы WIMS-5B .............. 141
145
Стр.145