第6章柵格非均勻效應(yīng)與均勻化群常數(shù)計(jì)算(已修改)
2024-10-14 15:51 本頁面
【正文】 第 6 章 柵格非均勻效應(yīng)與均勻化群常數(shù)計(jì)算 臨界計(jì)算的前提是精確地確定多群擴(kuò)散方程的系數(shù) , 計(jì)算結(jié)果的精確度在很大程度上依賴于這些所采用群常數(shù)的精確度。 常見 動(dòng)力堆基本上全是非均勻反應(yīng)堆 ，世界上第一座反應(yīng)堆是非均勻反應(yīng)堆。 對于非均勻柵格，由于空間的非均勻性，給群常數(shù)計(jì)算帶來更大困難。 本章將討論柵格的非均勻效應(yīng)以及非均勻柵格均勻化群常數(shù)計(jì)算 。 柵格非均勻效應(yīng) 按照堆芯內(nèi)燃料和慢化劑的分布形式，反應(yīng)堆可以分為均勻 和非均勻兩類： ?均勻堆中，燃料和慢化劑均勻混合在一起，如：把鈾和慢化劑制成鈾鹽溶液。 ?非均勻堆中，把燃料集中制成塊狀，如圓柱體、環(huán)形、球形、片狀等，按一定的幾何形式放入慢化劑中，構(gòu)成柵格結(jié)構(gòu)的堆芯。常見的柵格結(jié)構(gòu)有正方形和六角形柵格： 正方形柵格（ a）、六角形柵格（ b）和平板柵格（ c）的示意圖 非均勻柵格內(nèi)的中子通量密度分布是不均勻的： 熱中子分布 ?熱中子主要在慢化劑中產(chǎn)生 ?熱中子主要被燃料核吸收，形成從慢化劑向燃料塊熱中子流。 空間自屏效應(yīng) ：外層燃料核對內(nèi)層燃料核的屏蔽作用。 使熱中子利用系數(shù)減小，燃料得不到充分利用， 非均勻堆缺點(diǎn) 。 共振中子分布 共振中子主要在慢化劑 中產(chǎn)生。 由于燃料核共振吸收截面 大（ 7000靶），共振中子 平均自由程短（ ）， 共振中子會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈空間 自屏效應(yīng) 。 柵格內(nèi)裂變中子（ 1）、共振中子（ 2）和熱中子（ 3）的空間分布 共振中子分布 共振中子基本上在燃料表面就完全被吸收，所以燃料內(nèi) 共振中子通量密度分布下降非常急?。ㄗ云列?yīng)）。 對于非均勻堆，由于燃料之間距離大，使得裂變中子有 更大的機(jī)會(huì)在慢化劑中直接慢化成熱中子而不發(fā)生共振吸收。 由于這兩原因，非均勻堆中燃料核共振中子吸收能力減小 , 逃脫共振俘獲概率 p 增大， 非均勻堆優(yōu)點(diǎn) 。 裂變中子分布 使用非均勻燃料分布，增 加了高能中子與燃料快碰 撞的幾率而引起 U238的裂 變，使得燃料中快中子 增殖效應(yīng)增大。 非均勻堆優(yōu)點(diǎn) 。 柵格內(nèi)裂變中子（ 1）、共振中子（ 2）和熱中子（ 3）的空間分布 非均勻柵格內(nèi)的中子通量密度分布是不均勻的。 空間自 屏效應(yīng)對熱中子吸收不利， 但卻對逃脫共振吸收有利 。 使用非均勻燃料分布，增加了高能中子與燃料快碰撞的 幾率而引起 U238的裂變， 使得燃料中快中子增殖效應(yīng)增大 。 合理選擇燃料快的直徑或厚度、柵距等，可以增加無限 介質(zhì)增殖因子。 因柵格的塊結(jié)構(gòu)所引起的效應(yīng) ,以及由其所產(chǎn)生的各種參 數(shù)的變化 , 通常叫做 非均勻效應(yīng) 。 柵格的均勻化處理 .1 柵格的均勻化 ?非均勻堆有上萬根燃料棒 , 臨界計(jì)算非常復(fù)雜或不可能。 ?非均勻堆中子通量密度分布整體分布加精細(xì)分布。 ?實(shí)際計(jì)算中，非均勻堆等效為均勻反應(yīng)堆，而所得能譜和臨界計(jì)算結(jié)果與原來非均勻堆相同。 非均勻堆的均勻化處理 （ a）非均勻堆內(nèi)的中子通量密度分布；（ b）等效均勻堆內(nèi)的中子通量密度分布 ?所謂的均勻化就是用一個(gè)等效的均勻介質(zhì)來代替非均勻柵格， 使得計(jì)算結(jié)果（特征物理量，如中子反應(yīng)率）與非均勻柵格 相等或近似。 ?關(guān)鍵問題是如何確定等效均勻化介質(zhì)的各種中子截面參數(shù)或 有效 群參數(shù) 。 ?首先保證柵元內(nèi)各能群的各種 中子反應(yīng)率保持相等 。即： 我們認(rèn)為： 非均勻介質(zhì)的均勻化計(jì)算公式： Ggsfaxd V d EErErd V d EErgg E VxE Vgx,1。,),(),(),(~,?? ????? ? ?? ?????dV dEErdV dEErgg E VE V),(),(~ ? ?? ? ?? ? ??Ggsfaxd V d EErd V d EErErggE VE V xgx ,1。,),(),(),(, ?? ?????? ?? ?????非均勻反應(yīng)堆的計(jì)算可分成兩步進(jìn)行： ?柵格均勻化，考慮非均勻效應(yīng)計(jì)算出等效均勻化系統(tǒng)的均勻 化常數(shù)； ?將非均勻系統(tǒng)等效為均勻系統(tǒng)，利用計(jì)算出的均勻化常數(shù)， 采用均勻反應(yīng)堆理論計(jì)算臨界大小、中子通量密度分布、 功率分布等。 上述處理方法叫做非均勻反應(yīng)堆的均勻化處理。 堆芯的均勻化截面的計(jì)算 對于一個(gè)有上萬柵元的堆芯，僅僅進(jìn)行以柵元為基礎(chǔ)的 均勻處理是不夠的， 還要以燃料組件為單位進(jìn)行均勻化處理 ， 求出每個(gè)燃料組件的有效均勻化截面，然后進(jìn)行全堆芯的 臨界擴(kuò)散計(jì)算，求出堆芯內(nèi)中子通量密度或功率分布。 以壓水堆為例，非均勻反應(yīng)堆 的均勻化計(jì)算步驟為： ?第一步從柵元的均勻化開始 進(jìn)行均勻化計(jì)算。 ?第二步利用柵元的均勻化計(jì)
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