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文档简介
1、第六章:网格不均匀性和均匀化群常数的计算;6.1网格不均匀性;根据燃料和慢化剂在堆芯中的分布形式,反应堆被划分为均质反应堆:燃料和慢化剂均匀混合在一起,例如,铀和慢化剂被制成铀盐溶液。不均匀反应堆:在不均匀反应堆中,燃料被制成块状,如圆柱体(棒)、环、球、片(板)等。并按照一定的几何形状放置在减速剂中以形成所谓网格结构的核心。几乎所有现有的动力反应堆都是不均匀的。在非均相反应堆中,由于燃料和蒸汽化学物质的吸收截面和其他核特性显著不同,燃料和蒸汽化学物质中的中子通量密度分布也显著不同。在非均质反应堆中,燃料和慢化剂中的中子通量密度分布也显著不同,这是由于吸收截面和其他核特性的显著差异。热中子的分
2、布:由于燃料的减速能力远小于慢化剂,裂变中子主要在慢化剂中减速,所以热中子主要在慢化剂中产生。空间自屏蔽效应,描述:热中子进入燃料块后,首先被燃料块外层的燃料芯吸收,导致燃料块内部热中子的通量密度低于外层。因此,燃料块内层的燃料芯不能充分有效地吸收热中子,也就是说,燃料块外层的燃料芯起到屏蔽作用,这通常称为空间自屏蔽效应。由于热中子被燃料吸收的截面远大于被慢化剂吸收的截面,热中子主要被燃料芯吸收,从而形成从慢化剂到燃料块的热中子流。空间自屏蔽效应引起的问题:在核燃料与慢化剂的核数之比相同的情况下,非均匀结构降低了燃料吸收热中子的能力,即热中子的利用系数降低。燃料核吸收共振中子的能力下降。快中子
3、分布:非均匀网格中的中子通量密度分布不均匀。空间自屏蔽效应不利于热中子的利用,但有利于逃逸共振吸收。通过合理选择燃料块的厚度或直径以及燃料块之间的间距,在燃料与慢化剂核的比例相同的情况下,即使无限介质倍增因子增加,热中子利用系数与逃逸共振俘获概率的乘积也可以大于均匀堆。6.2对于网格均匀化,中子扩散或输运方程应严格按照非均匀网格单元的实际几何形状求解,其计算非常复杂甚至不可能。在实际计算中,将非均匀桩等效为均匀桩,然后进行等效均匀桩的能谱和临界计算,计算结果等于或接近非均匀网格的结果。选择一些重要的物理量,使得它们在均匀化区域中的积分量保持不变。如果堆芯中燃料棒的数量足够大,网格单元中中子通量
4、密度的波动被忽略,其中子通量密度分布与均匀反应堆中的非常相似。均匀化思想的核心问题是如何确定等效均匀介质的各种中子截面参数或有效群常数。在实际计算中,我们选择了一些重要而有趣的物理量,使它们在均匀化区域的积分量保持不变。网格中各种能量群的中子反应速率保持相等;大致认为;因此非均相反应堆的计算可分为两个步骤:均化网格和计算考虑非均匀效应的等效均化系统的均化群常数;将非均匀系统等效为均匀系统。计算堆芯的均匀化界面,非均相反应器的均匀化计算步骤,网格单元的均匀化;利用网格单元的计算结果进行燃料组件的均匀化计算;通过使用所获得的燃料组件的均匀化常数来进行整个堆芯的扩散计算,并且源产生的种子对中子通量密
5、度的贡献:式中:6.3网格单元均匀化常数的计算,积分输运理论的基本方程。对于网格单元计算,通常假设等效网格单元的边界为各向同性全反射,净中子电流等于零。在这种情况下,边界入射通量密度的影响可以忽略不计,因此空间中任何一点的中子通量密度应等于系统中所有其他点产生的源中子对中子通量密度的贡献之和。为了简化计算,采用了聚类近似。从(6-7)开始,源项可以包括从不同能量群散射到不同能量群的中子、裂变中子和独立源中子。在不考虑外中子源部分的情况下,由(6-8)得到碰撞概率形式的积分输运方程,碰撞概率方程的解和少数群常数的计算用源迭代法求解。对于第n次迭代计算,有:(6.4)燃料组件中均匀化通量密度分布的计算小于组常数,以及界面流方法:组件被分成几个子区域,每个子区域通常通过界面流必须连续的条件耦合。计算可以大大
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