Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов

1.

Курс:
Модуль 3. Экспериментальная реакторная
физика.
Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике
ядерных реакторов.
К.т.н. Смирнов Валентин Ефимович.

2.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
В сегодняшней лекции будут рассмотрены следующие темы:
Концепция внутренне присущей ядерному реактору
безопасности.
Нейтронно-физические характеристики активной зоны
ядерного реактора (НФХ АЗ ЯР) - определяющие факторы
обеспечения его безопасности.
Точность (надежность) расчетных предсказаний НФХ АЗ ЯР.
Способы уточнения расчетных предсказаний НФХ АЗ ЯР.
Нейтронно-физические эксперименты на стадии
технического проектирования ЯР.
Нейтронно-физические эксперименты на стадии физического
пуска ЯР.
Нейтронно-физические эксперименты в течении кампании АЗ
ЯР.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
2

3.

Лекция 1. Нейтронно-физичяеские эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 1: Концепция внутренне присущей ядерному реактору
безопасности.
Уроки аварии на IV блоке Чернобыльской АЭС:
-- Конкурентоспособность атомных электростанций при их
безаварийной эксплуатации.
-- Сомнения в возможности дальнейшего существования
ядерной технологии производства электричества.
-- Необходимость создания ядерных реакторов, в которых
будут принципиально исключены аварии, подобные
Чернобыльской.
Концепция внутренне присущей ядерному реактору
безопасности:
Безопасным можно считать реактор, в котором всегда и
при любых режимах имеется отрицательная обратная связь
по мощности, приводящая к появлению отрицательной
реактивности и снижению мощности.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
3

4.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 2: Нейтронно-физические характеристики АЗ ЯР.
Ядерную безопасность и технико-экономические показатели АЭС
определяют
в
основном
нейтронно-физические
характеристики АЗ ЯР (НФХ АЗ ЯР):
обогащение топлива, критические размеры активной зоны,
эффективность органов регулирования, длительность
кампании, изменения (эффекты) реактивности вследствие
изменения температуры, скорости теплоносителя,
давления, мощности, параметров второго контура;
распределение энерговыделения по реактору и его
зависимость от расположения регулирующих и
компенсирующих стержней;
параметры, характеризующие воспроизводство ядерного
топлива;
характеристики отработанного топлива ….
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
4

5.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 2: Нейтронно-физические характеристики АЗ ЯР
(продолжение).
НФХ АЗ ЯР:
изменяются в процессе кампании и сложным образом
зависят от теплофизических и технических параметров
работающего реактора;
рассчитываются на стадии технического проектирования и
определяют конструкционные особенности ЯР:
конструкцию, материалы, условия эксплуатации АЗ;
режимы перегрузок топлива;
параметры защиты, условия хранения, транспортировки и переработки отработанного топлива.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
5

6.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 3: Точность расчетных предсказаний НФХ АЗ ЯР.
Имеющиеся в распоряжении проектировщиков расчетные
методы и исходные ядерные данные не позволяют достичь
необходимой точности определения НФХ АЗ ЯР.
Погрешности в определении НФХ АЗ ЯР могут привести:
к ухудшению технико – экономических показателей
(ожидаемых выгорания и воспроизводства топлива,
длительности кампании, эксплуатационных затрат);
к нарушению условий ядерной безопасности;
и, как следствие, к необходимости изменений состава
или конструкции АЗ, что не только очень дорого, но
может быть просто невозможным.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
6

7.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 4: Способы уточнения расчетных предсказаний НФХ АЗ ЯР .
Для уточнения НФХ АЗ ЯР в процессе проектирования
проводят экспериментальные исследования на
критических сборках, состав и геометрия которых максимально
близки к параметрам проектируемого реактора. Такую
работу называют моделированием.
Для уточнения знаний о сечениях взаимодействия нейтронов с ядрами и проверки пригодности (приближенных)
методов расчета (главным образом реакторов на быстрых
нейтронах) проводятся интегральные эксперименты
на
простейших по составу и геометрии критических
сборках, на которых
измеряются и сопоставляются с
результатами
расчетов различные их характеристики.
Дифференциальные измерения для уточнения ядерных
данных.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
7

8.

Лекция 1. Нейтроннофизические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 5: Нейтронно-физические эксперименты на стадии технического
проектирования ЯР .
На этапе моделирование ЯР определяют:
критические размеры активной зоны;
эффективность органов регулирования;
интерференцию стержней регулирования;
изменения (эффекты) реактивности вследствие
изменения температуры;
параметры воспроизводства ядерного топлива.
При проведения интегральных экспериментов измеряют:
спектр нейтронов,
отношения скоростей реакций (сечений, усредненных по
спектру нейтронов),
эффективную долю запаздывающих нейтронов,
время жизни мгновенных нейтронов,
ценность нейтронов.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
8

9.

Лекция 1. Нейтроннофизические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 5: Нейтронно-физические эксперименты на стадии технического
проектирования ЯР (продолжение).
Дифференциальные измерения ядерных данных:
В обозримом будущем вряд ли удастся достигнуть
необходимой точности ядерных данных в результатах
дифференциальных экспериментов.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
9

10.

Лекция 1. Нейтроннофизические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 6: Физический пуск ЯР.
Физический пуск ЯР производится поэтапно:
Холодный физический пуск,
Разогрев ЯР посторонним источником тепла,
Энергетический физический пуск.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
10

11.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 6: Физический пуск ЯР (продолжение).
На этапе холодного физического пуска производят:
Определение критического количества топливных каналов
(ТК) или тепловыделяющих сборок (ТВС) с органами
регулирования и без них;
Измерение физического веса, интегральной и дифференциальной характеристик органов регулирования и
интерференцию стержней;
Определение запаса реактивности;
Определение критического положения органов
компенсации;
Измерение (определение) эффектов реактивности
компонентов АЗ;
Определение подкритичности АЗ при полностью
введенных поглотителях нейтронов.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
11

12.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 6: Физический пуск ЯР (продолжение).
На этапе разогрева АЗ посторонним источником тепла
производят:
оценочное измерение эффективности органов
регулирования в горячем состоянии,
измерение температурного и мощностного эффектов
реактивности.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
12

13.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 6: Физический пуск ЯР (продолжение).
На этапе энергетического физического пуска ЯР определяют:
распределение плотности потока нейтронов в АЗ,
нейтронную мощность ЯР и сравнивают её с тепловой
мощностью по первому и второму контурам,
отравление реактора.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
13

14.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
ТЕМА 7: Нейтронно-физические эксперименты в течение
кампании АЗ ЯР.
В течение кампании уточняют изменяющиеся в процессе
работы ЯР характеристики:
эффективность органов регулирования,
температурный эффект и температурный коэффициент
реактивности,
отравление реактора ксеноном,
распределение энерговыделения в АЗ ЯР,
выгорание и воспроизводство топлива .
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
14

15.

Лекция 1. Нейтронно-физические эксперименты в физике ядерных реакторов.
Темы лекций, включаемых в модуль 3:
1. Детекторы нейтронов, используемые в нейтроннофизических экспериментах.
2. Методы определения реактивности, эффективности и
интерференции стержней регулирования, запаса
реактивности.
3. Методы измерения распределения энерговыделения в
активной зоне и определения мощности реактора.
4. Методы определения температурного, мощностного и
барометрического эффектов реактивности (обратная связь в
реактивности).
5. Методы измерения времени жизни мгновенных нейтронов,
ценности и эффективной доли запаздывающих нейтронов.
Модуль 3: Экспериментальная реакторная физика
© НИЯУ МИФИ, Москва, Российская Федерация
15