Ячейка активной зоны реального энергетического теплового реактора отличается от только что рассмотренной ячейки тем, что:
- во-первых, она имеет не две однородных зоны (топливной композиции и замедлителя), а более двух; например, в активной зоне ВВЭР-1000 в ячейке одиночного твэла можно выделить зону топливной композиции, зону материала оболочки твэла, зону окружающего твэл водяного замедлителя и зону относящегося к твэлу конструкционного материала дистанционирующей решетки;
- во-вторых, форма сечения ячейки активной зоны реального реактора не круглая, а либо гексагональная (при структуре треугольной решётки), либо квадратная (при структуре квадратной решётки).
Поэтому, чтобы при вычислении q воспользоваться результатами, полученными в п.7.2.3, прибегают к методу двухзонной гомогенизации, суть которого заключается в условной замене реальной многозонной ячейки некруглой формы эквивалентной равнообъёмной двухзонной ячейкой круглой формы.
Как производится двухзонная гомогенизация, рассмотрим на простейшем примере ячейки активной зоны реактора ВВЭР-1000 (рис.7.5).
- во-первых, она имеет не две однородных зоны (топливной композиции и замедлителя), а более двух; например, в активной зоне ВВЭР-1000 в ячейке одиночного твэла можно выделить зону топливной композиции, зону материала оболочки твэла, зону окружающего твэл водяного замедлителя и зону относящегося к твэлу конструкционного материала дистанционирующей решетки;
- во-вторых, форма сечения ячейки активной зоны реального реактора не круглая, а либо гексагональная (при структуре треугольной решётки), либо квадратная (при структуре квадратной решётки).
Поэтому, чтобы при вычислении q воспользоваться результатами, полученными в п.7.2.3, прибегают к методу двухзонной гомогенизации, суть которого заключается в условной замене реальной многозонной ячейки некруглой формы эквивалентной равнообъёмной двухзонной ячейкой круглой формы.
Как производится двухзонная гомогенизация, рассмотрим на простейшем примере ячейки активной зоны реактора ВВЭР-1000 (рис.7.5).
Изображение
Поскольку материал оболочки твэла (цирконий-ниобиевый сплав Н1) по своим замедляющим и поглощающим свойствам ближе к замедлителю, чем к топливной композиции (цирконий обладает низким сечением поглощения и довольно высоким значением замедляющей способности), оболочку твэла будет правильнее гомогенизировать вместе с замедлителем ячейки.
Мысленно представим себе, что и замедлитель ячейки, и оболочка твэла "перетираются" в атомный порошок, идеально перемешиваются и затем атомы этой смеси равномерно распределяются в общем (суммарном) объёме замедлителя и оболочки твэла. В результате из двух однородных зон (реальной оболочки и реального замедлителя) получается одна тоже однородная зона гомогенизированного "замедлителя", причём гомогенизированный "замедлитель" в эквивалентной двухзонной ячейке будет занимать объём кольцевой формы той же величины, то есть равный суммарному объёму реального замедлителя и оболочки твэла.
Топливную композицию твэла гомогенизировать нет необходимости, так как она и без этого является гомогенной средой, поэтому топливная композиция становится топливным блоком той же (цилиндрической) формы и с теми же размерами в эквивалентной двухзонной ячейке.
Поскольку реальная и эквивалентная ячейки имеют одинаковый объём, или одинаковые величины поперечных сечений, вычислить величину эквивалентного диаметра двухзонной ячейки несложно: так как шаг треугольной решётки твэлов в реакторе (aт) известен и его величина равна "размеру под ключ реальной ячейки, то площадь поперечного сечения ячейки:
Мысленно представим себе, что и замедлитель ячейки, и оболочка твэла "перетираются" в атомный порошок, идеально перемешиваются и затем атомы этой смеси равномерно распределяются в общем (суммарном) объёме замедлителя и оболочки твэла. В результате из двух однородных зон (реальной оболочки и реального замедлителя) получается одна тоже однородная зона гомогенизированного "замедлителя", причём гомогенизированный "замедлитель" в эквивалентной двухзонной ячейке будет занимать объём кольцевой формы той же величины, то есть равный суммарному объёму реального замедлителя и оболочки твэла.
Топливную композицию твэла гомогенизировать нет необходимости, так как она и без этого является гомогенной средой, поэтому топливная композиция становится топливным блоком той же (цилиндрической) формы и с теми же размерами в эквивалентной двухзонной ячейке.
Поскольку реальная и эквивалентная ячейки имеют одинаковый объём, или одинаковые величины поперечных сечений, вычислить величину эквивалентного диаметра двухзонной ячейки несложно: так как шаг треугольной решётки твэлов в реакторе (aт) известен и его величина равна "размеру под ключ реальной ячейки, то площадь поперечного сечения ячейки:
Изображение
Трансформировав таким образом реальную многозонную ячейку в эквивалентную двухзонную, остаётся для вычисления θ воспользоваться формулами (7.2.19) ¸ (7.2.23), полученными для двухзонных ячеек. Единственное, что мешает приступить к немедленному расчёту по этим формулам, - незнание величины макросечения поглощения гомогенизированного замедлителя (∑aз*) и длины диффузии тепловых нейтронов в нём (Lз*).
Эти величины находятся исходя из величин соответствующих макросечений реальных замедлителя и материала оболочки твэлов по формулам:
Эти величины находятся исходя из величин соответствующих макросечений реальных замедлителя и материала оболочки твэлов по формулам:
Изображение
Двухзонная гомогенизация при вычислении θ даёт тем более близкий к реалии результат, чем ближе распределение Ф(r) в эквивалентной ячейке к распределению Ф(r) реальной ячейки.
Вот почему при двухзонной гомогенизации, когда возникает вопрос, к чему относить оболочку твэла - к топливному блоку или к замедлителю, - следует внимательно анализировать поглощающие и диффузионные свойства материала оболочки и сравнивать их со свойствами топливной композиции и используемого замедлителя: если макросечение поглощения материала оболочки ближе по величине к сечению поглощения замедлителя (как в приведенном примере циркониевой оболочки), то оболочку следует гомогенизировать вместе с замедлителем, а если оно ближе к величине макросечения топливной композиции, - то гомогенизацию оболочки лучше проводить вместе с топливом (в объёме всего твэла).
Например, оболочка из нержавеющей стали 08Х16Н15М3Б (∑a ≈ 0.24 см-1) по поглощающим свойствам значительно ближе к топливной композиции невысокого обогащения (∑a ≈ 0.3 см-1), чем к воде (∑a ≈ 0.02 см-1), поэтому гомогенизация этой оболочки вместе с топливной композицией твэла даст меньшее искажение Ф(r) в гомогенизированном твэле, чем при гомогенизации оболочки вместе с замедлителем, а, следовательно, - даст более точный результат в вычислении θ.
Вот почему при двухзонной гомогенизации, когда возникает вопрос, к чему относить оболочку твэла - к топливному блоку или к замедлителю, - следует внимательно анализировать поглощающие и диффузионные свойства материала оболочки и сравнивать их со свойствами топливной композиции и используемого замедлителя: если макросечение поглощения материала оболочки ближе по величине к сечению поглощения замедлителя (как в приведенном примере циркониевой оболочки), то оболочку следует гомогенизировать вместе с замедлителем, а если оно ближе к величине макросечения топливной композиции, - то гомогенизацию оболочки лучше проводить вместе с топливом (в объёме всего твэла).
Например, оболочка из нержавеющей стали 08Х16Н15М3Б (∑a ≈ 0.24 см-1) по поглощающим свойствам значительно ближе к топливной композиции невысокого обогащения (∑a ≈ 0.3 см-1), чем к воде (∑a ≈ 0.02 см-1), поэтому гомогенизация этой оболочки вместе с топливной композицией твэла даст меньшее искажение Ф(r) в гомогенизированном твэле, чем при гомогенизации оболочки вместе с замедлителем, а, следовательно, - даст более точный результат в вычислении θ.