МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
В. И. Белозеров, М. М. Жук, Ю. А. Кузина, М. Ю. Терновых
ФИЗИКА И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
РЕЖИМЫ РЕАКТОРА ВВЭР-1000
Монография
Москва 2014
УДК 539.1+621.039.5 ББК 22.383 Б43
Белозеров В.И., Жук М.М., Кузина Ю.А., Терновых М.Ю. Физика и эксплуатационные режимы реактора ВВЭР-1000: Монография. М.:
НИЯУ МИФИ, 2014. – 288 с.
Изложены теоретические основы физики водо-водяных реакторов, основные аспекты их проектирования и эксплуатации, характеристики топливных загрузок. Подробно описаны эксплуатационные вопросы по физике ВВЭР-1000. Основу монографии составляют материалы, в которых рассмотрены аспекты, связанные с безопасностью объектов использования атомной энергии и эксплуатацией ВВЭР.
В монографию вошли сведения из руководящего документа «Номенклатура эксплуатационных нейтронно-физических расчетов и экспериментов для топливных загрузок ВВЭР-1000» РД95.027.02-96.
Книга предназначена для научных работников, аспирантов, магистрантов, бакалавров, студентов по направлениям подготовки «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг», «Ядерные реакторы и материалы», а также для инженерно-технического персонала АЭС, инженеров и научных сотрудников проектных и научно-исследовательских институтов, ведущих разработки в области развития и использования атомной энергии.
Монография подготовлена в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.
Рецензенты: д-р физ.-мат. наук Р.С. Макин,
д-р техн. наук В.А. Красноселов.
ISBN 978-5-7262-2016-1 |
♥ Национальный исследовательский |
|
ядерный университет «МИФИ», 2014 |
Содержание
Перечень используемых сокращений ......................................................... |
6 |
Введение................................................................................................... |
9 |
1. Основы ядерной физики.................................................................... |
10 |
1.1. Вещество и электричество .......................................................... |
10 |
1.2. Вероятность и спектр................................................................... |
12 |
1.3. Электромагнитное излучение..................................................... |
16 |
1.4. Строение атома............................................................................. |
21 |
1.5. Атомные спектры......................................................................... |
22 |
1.6. Основы квантовой механики ...................................................... |
24 |
1.7. Квантовые состояния электронов в атоме................................. |
26 |
1.8. Соотношения неопределенностей.............................................. |
30 |
1.9. Энергия связи ядра....................................................................... |
31 |
1.10. Ядерные силы. Стабильность ядра........................................... |
34 |
1.11. Закон радиоактивного распада ................................................. |
37 |
1.12. Альфа-распад.............................................................................. |
40 |
1.13. Бета-распад................................................................................. |
43 |
1.14. Пробег тяжелых заряженных частиц в веществе.................... |
45 |
1.15. Взаимодействие бета-частиц с веществом............................... |
47 |
1.16. Взаимодействие электромагнитного излучения |
|
с веществом ................................................................................ |
49 |
1.17. Законы сохранения энергии и импульса в ядерных |
|
реакциях...................................................................................... |
55 |
1.18. Составное ядро........................................................................... |
57 |
1.19. Эффективное сечение и выход ядерной реакции .................. |
59 |
1.20. Трансурановые элементы.......................................................... |
63 |
2. Нейтронная физика............................................................................ |
66 |
2.1. Свойства нейтронов..................................................................... |
66 |
2.2. Источники нейтронов ................................................................ |
66 |
2.3. Ядерные реакции под действием нейтронов ........................... |
69 |
2.4. Диффузия нейтронов................................................................... |
73 |
2.5. Замедление нейтронов ............................................................... |
77 |
2.6. Тепловые нейтроны..................................................................... |
82 |
3. Деление ядер ...................................................................................... |
85 |
3.1. Капельная модель ядра .............................................................. |
85 |
3.2. Механизм деления ...................................................................... |
90 |
3.3. Цепная ядерная реакция.............................................................. |
99 |
3.4. Коэффициент размножения реактора ...................................... |
104 |
3.5. Критические параметры реактора без отражателя ................ |
112 |
4. Основы физики реактора................................................................. |
114 |
4.1. Подкритическое состояние реактора....................................... |
114 |
3 |
|
4.2. Критическое и надкритическое состояние реактора ............ |
119 |
5. Теплогидравлика.............................................................................. |
126 |
5.1. Тепловыделение и отвод тепла в реакторе............................. |
126 |
5.2. Гидравлические характеристики ВВЭР-1000 ........................ |
130 |
6. Способы определения мощности ВВЭР-1000 и коэффициенты |
|
неравномерности распределения энерговыделения..................... |
139 |
6.1. Определение мощности по АКНП-7 ...................................... |
139 |
6.2. Определение мощности по КНИ ............................................ |
140 |
6.3. Определение мощности по 1-му контуру .............................. |
140 |
6.4. Определение тепловой мощности по 2-му контуру............... |
142 |
6.5. Определение тепловой мощности по ПВД............................. |
143 |
6.6. Определение коэффициентов неравномерности |
|
распределения энерговыделения.............................................. |
143 |
7. Топливо и реакторные материалы.................................................. |
147 |
7.1. Реакторные материалы ............................................................ |
147 |
7.2. Назначение и условия работы тепловыделяющего элемента |
|
(твэл) ........................................................................................... |
155 |
7.3. Конструкция и характеристики тепловыделяющего |
|
элемента...................................................................................... |
157 |
7.4. Конструкция и характеристики тепловыделяющей сборки |
|
(ТВС) ............................................................................................... |
167 |
7.5. Конструкция ТВС-2 в исполнении с 15 ЦДР........................... |
176 |
7.6. Конструкция ТВС-2 в исполнении с 12 ЦДР ......................... |
181 |
7.7. Маркировка ТВС ...................................................................... |
181 |
7.8. Характеристики комплекса кассет в ядерном реакторе ......... |
183 |
7.9. Трёхлетний цикл использования топлива................................ |
185 |
7.10. Современная теория надёжности твэлов ............................... |
187 |
7.11. Влияние нестационарных режимов на термомеханические |
|
процессы в твэлах ...................................................................... |
189 |
7.12. Переходные режимы эксплуатации........................................ |
191 |
7.13. Контроль и управление энерговыделением |
|
в активной зоне ......................................................................... |
192 |
7.14. Контроль за герметичностью оболочек твэлов..................... |
195 |
7.15. Распределение расхода теплоносителя в реакторе ............... |
196 |
7.16. Проектные пределы повреждения твэлов при авариях........ |
198 |
7.17. Уран-гадолиниевое топливо.................................................... |
201 |
7.18. Мокс-топливо........................................................................... |
203 |
7.19.Аварии и инциденты с повреждениями ядерного топлива... |
207 |
8. Эксплуатационные вопросы по физике реактора......................... |
219 |
8.1. Основные характеристики реактора ВВЭР-1000 ................... |
219 |
8.2. Отравление реактора ксеноном ................................................ |
221 |
4 |
|
8.3. Отравление реактора самарием ................................................ |
225 |
8.4. Изменение концентрации борной кислоты при |
|
водообмене.................................................................................... |
228 |
8.5. Обеспечение отвода тепла после останова реактора.............. |
230 |
8.6. Основные реакции регистрации нейтронов............................. |
232 |
8.7. Эффективность ОР СУЗ............................................................ |
233 |
8.8. Коэффициенты и эффекты реактивности................................ |
237 |
8.9. Расчёт максимально допустимой мощности твэла................. |
242 |
8.10. Кризис теплообмена и условия его возникновения.............. |
245 |
8.11. Кризис в большом объеме....................................................... |
245 |
8.12. Механизмы кризиса в круглых трубах................................... |
246 |
8.13. Змеевиковые трубы и кольцевые каналы.............................. |
251 |
8.14. Кризис в пучках стержней....................................................... |
253 |
8.15. Влияние различных факторов на кризис................................ |
254 |
8.16. Первичные измерительные датчики....................................... |
258 |
8.17. Нейтронно-физические программы, используемые |
|
на АЭС ...................................................................................... |
268 |
8.18. Пэльный эффект....................................................................... |
279 |
8.19. Эксплуатация топлива ............................................................ |
281 |
8.20. Работа на мощностном эффекте и выбор группы УРБ......... |
282 |
8.21. Расчёт критической концентрации борной кислоты............. |
283 |
8.22. Измерение нейтронно-физических характеристик |
|
при пуске реактора.................................................................... |
284 |
Список использованной литературы................................................. |
287 |
5