Комірка активної зони реального енергетичного теплового реактора відрізняється від щойно розглянутої комірки тим, що:
- по-перше, вона має не дві однорідні зони (паливної композиції та сповільнювача), а більш ніж дві; наприклад, в активній зоні ВВЕР-1000 у комірці одиночного твела можна виділити зону паливної композиції, зону матеріалу оболонки твела, зону водяного сповільнювача, що оточує твел, і зону конструкційного матеріалу дистанціювальної ґратки, що належить до твела;
- по-друге, форма перерізу комірки активної зони реального реактора не кругла, а або гексагональна (за структури трикутної ґратки), або квадратна (за структури квадратної ґратки).
Тому, щоб під час обчислення q скористатися результатами, одержаними в п.7.2.3, вдаються до методу двозонної гомогенізації, суть якого полягає в умовній заміні реальної багатозонної комірки некруглої форми еквівалентною рівнооб'ємною двозонною коміркою круглої форми.
Як виконується двозонна гомогенізація, розглянемо на найпростішому прикладі комірки активної зони реактора ВВЕР-1000 (рис.7.5).
- по-перше, вона має не дві однорідні зони (паливної композиції та сповільнювача), а більш ніж дві; наприклад, в активній зоні ВВЕР-1000 у комірці одиночного твела можна виділити зону паливної композиції, зону матеріалу оболонки твела, зону водяного сповільнювача, що оточує твел, і зону конструкційного матеріалу дистанціювальної ґратки, що належить до твела;
- по-друге, форма перерізу комірки активної зони реального реактора не кругла, а або гексагональна (за структури трикутної ґратки), або квадратна (за структури квадратної ґратки).
Тому, щоб під час обчислення q скористатися результатами, одержаними в п.7.2.3, вдаються до методу двозонної гомогенізації, суть якого полягає в умовній заміні реальної багатозонної комірки некруглої форми еквівалентною рівнооб'ємною двозонною коміркою круглої форми.
Як виконується двозонна гомогенізація, розглянемо на найпростішому прикладі комірки активної зони реактора ВВЕР-1000 (рис.7.5).
Зображення
Оскільки матеріал оболонки твела (цирконій-ніобієвий сплав Н1) за своїми сповільнювальними та поглинальними властивостями ближчий до сповільнювача, ніж до паливної композиції (цирконій має низький переріз поглинання й досить високе значення сповільнювальної здатності), оболонку твела буде правильніше гомогенізувати разом зі сповільнювачем комірки.
Подумки уявімо собі, що і сповільнювач комірки, і оболонка твела "перетираються" на атомний порошок, ідеально перемішуються, а потім атоми цієї суміші рівномірно розподіляються в загальному (сумарному) об'ємі сповільнювача й оболонки твела. У результаті з двох однорідних зон (реальної оболонки та реального сповільнювача) виходить одна теж однорідна зона гомогенізованого "сповільнювача", причому гомогенізований "сповільнювач" в еквівалентній двозонній комірці займатиме об'єм кільцевої форми тієї самої величини, тобто рівний сумарному об'єму реального сповільнювача й оболонки твела.
Паливну композицію твела гомогенізувати немає потреби, оскільки вона й без цього є гомогенним середовищем, тому паливна композиція стає паливним блоком тієї самої (циліндричної) форми й з тими самими розмірами в еквівалентній двозонній комірці.
Оскільки реальна й еквівалентна комірки мають однаковий об'єм, або однакові величини поперечних перерізів, обчислити величину еквівалентного діаметра двозонної комірки неважко: оскільки крок трикутної ґратки твелів у реакторі (aт) відомий і його величина дорівнює "розміру під ключ реальної комірки, то площа поперечного перерізу комірки:
Подумки уявімо собі, що і сповільнювач комірки, і оболонка твела "перетираються" на атомний порошок, ідеально перемішуються, а потім атоми цієї суміші рівномірно розподіляються в загальному (сумарному) об'ємі сповільнювача й оболонки твела. У результаті з двох однорідних зон (реальної оболонки та реального сповільнювача) виходить одна теж однорідна зона гомогенізованого "сповільнювача", причому гомогенізований "сповільнювач" в еквівалентній двозонній комірці займатиме об'єм кільцевої форми тієї самої величини, тобто рівний сумарному об'єму реального сповільнювача й оболонки твела.
Паливну композицію твела гомогенізувати немає потреби, оскільки вона й без цього є гомогенним середовищем, тому паливна композиція стає паливним блоком тієї самої (циліндричної) форми й з тими самими розмірами в еквівалентній двозонній комірці.
Оскільки реальна й еквівалентна комірки мають однаковий об'єм, або однакові величини поперечних перерізів, обчислити величину еквівалентного діаметра двозонної комірки неважко: оскільки крок трикутної ґратки твелів у реакторі (aт) відомий і його величина дорівнює "розміру під ключ реальної комірки, то площа поперечного перерізу комірки:
Зображення
Перетворивши таким чином реальну багатозонну комірку на еквівалентну двозонну, залишається для обчислення θ скористатися формулами (7.2.19) ¸ (7.2.23), одержаними для двозонних комірок. Єдине, що заважає негайно приступити до розрахунку за цими формулами, - незнання величини макропереріза поглинання гомогенізованого сповільнювача (∑aз*) і довжини дифузії теплових нейтронів у ньому (Lз*).
Ці величини знаходяться виходячи з величин відповідних макроперерізів реальних сповільнювача й матеріалу оболонок твелів за формулами:
Ці величини знаходяться виходячи з величин відповідних макроперерізів реальних сповільнювача й матеріалу оболонок твелів за формулами:
Зображення
Двозонна гомогенізація під час обчислення θ дає тим ближчий до реальності результат, чим ближчий розподіл Ф(r) в еквівалентній комірці до розподілу Ф(r) реальної комірки.
Ось чому під час двозонної гомогенізації, коли постає питання, до чого відносити оболонку твела - до паливного блока чи до сповільнювача, - слід уважно аналізувати поглинальні й дифузійні властивості матеріалу оболонки та порівнювати їх з властивостями паливної композиції й сповільнювача, що використовується: якщо макропереріз поглинання матеріалу оболонки ближчий за величиною до перерізу поглинання сповільнювача (як у наведеному прикладі цирконієвої оболонки), то оболонку слід гомогенізувати разом зі сповільнювачем, а якщо він ближчий до величини макропереріза паливної композиції, - то гомогенізацію оболонки краще проводити разом з паливом (в об'ємі всього твела).
Наприклад, оболонка з нержавної сталі 08Х16Н15М3Б (∑a ≈ 0.24 см-1) за поглинальними властивостями значно ближча до паливної композиції невисокого збагачення (∑a ≈ 0.3 см-1), ніж до води (∑a ≈ 0.02 см-1), тому гомогенізація цієї оболонки разом з паливною композицією твела дасть менше спотворення Ф(r) у гомогенізованому твелі, ніж за гомогенізації оболонки разом зі сповільнювачем, а, отже, - дасть точніший результат в обчисленні θ.
Ось чому під час двозонної гомогенізації, коли постає питання, до чого відносити оболонку твела - до паливного блока чи до сповільнювача, - слід уважно аналізувати поглинальні й дифузійні властивості матеріалу оболонки та порівнювати їх з властивостями паливної композиції й сповільнювача, що використовується: якщо макропереріз поглинання матеріалу оболонки ближчий за величиною до перерізу поглинання сповільнювача (як у наведеному прикладі цирконієвої оболонки), то оболонку слід гомогенізувати разом зі сповільнювачем, а якщо він ближчий до величини макропереріза паливної композиції, - то гомогенізацію оболонки краще проводити разом з паливом (в об'ємі всього твела).
Наприклад, оболонка з нержавної сталі 08Х16Н15М3Б (∑a ≈ 0.24 см-1) за поглинальними властивостями значно ближча до паливної композиції невисокого збагачення (∑a ≈ 0.3 см-1), ніж до води (∑a ≈ 0.02 см-1), тому гомогенізація цієї оболонки разом з паливною композицією твела дасть менше спотворення Ф(r) у гомогенізованому твелі, ніж за гомогенізації оболонки разом зі сповільнювачем, а, отже, - дасть точніший результат в обчисленні θ.