核反应堆物理分析课程设计

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1、课程设计报告(2009--2010年度第2学期)名称：核反应堆物理分析题目：核反应堆设计院系：能源与动力工程班级：热能0605学号：1061170522学生姓名：王泽雷指导教师：刘滨设计周数：1周成绩：日期：2009年7月2日课程课程设计报告一、课程设计的目的与要求设计一个带有反射层的球形堆，芯部半径为R，带有厚度为T（包括外推距离）的反射层，根据含有反射层的单群扩散理论，解出在T取特定值时R的值以及T与R的关系。二、设计内容1.带有反射层的球形堆临界理论对于任意系统，都可以写出它的稳态单群扩散方程如下：▽2φc(r)+Bc2φc(r)=0(1)其中Bc2=（k

2、∞/k-1）/Lc2根据中子通量密度在堆内处处为有限值，且种子通量密度为正得条件，得到芯部方程（1）的解为：φc(r)=Asin(Bc*r)/r由于反射层是非增值介质，所以在方程中不出现中子源项，得到其中子扩散方程为：▽2φc(r)-kr2φc(r)=0,其中kr2=1/Lr2(2)得到（2）的解为：φr(r)=C＇sinh(kr*r)/r+A＇cosh(kr*r)/r(3)此解要满足在反射层的外推边界r=R+T处中子通量密度为了零的条件，由此：A＇=-C＇tanh[kr(R+r)]将代入(3)式可以求出：φr(r)=Csinh[kr(R+T-r)]/r芯部及反

3、射层稳态单群扩散方程的边界条件为：φc=φr(4)Dcφ＇c=Drφ＇r(5)方程中有两个常数A和C，他们之间关系可有芯部与反射层交界面r=R处边界条件确定。Asin(Bc*R)/R=Csinh(kr*T)/RDcA[Bccos(Bc*R)/R-sin(Bc*R)/R2]=DrC[-krcosh(kr*T)/R-1/R2sinh(kr*T)]6课程课程设计报告将以上两式相除得到：Dc[1-BcRcot(Bc*R)]=Dr[1+Rcoth(T/Lr)/Lr](6)方程(6)就是带有反射层的球形反应堆的单群临界方程对于修正单群理论。Bc2=（k∞/k-1)/M2(7

4、)在给出了燃料与慢化剂成分及比例后，(6)式各常参数k∞，Dc，Dr，Lr均可算出，若反射层厚度T已经给定，令k=1从(7)式可以求得Bc值，这样从(6)式就可以算出带反射层的球形堆的临界半径R。1.参数的选取取芯部燃料为UO2,慢化剂为H20,其体积比VH20/VUO2=3.5，其中UO2的富集度为3%，ρuo2=10.42×103kg/m3，在反射层中期成分为H20。在温度为573K时，VH20/VUO2=3.5，热中子年龄为τth=40×10-4m2。2.计算步骤堆芯中：UO2中235U的富集度ε=3%，中ρUO2=10.42×103kg/m3。设C5设表

5、示富集铀内235U的核子数与铀（235U+238U）的核子数之比，则：C5=（1+0.9874（1/ε-1））-1代入ε=3%代入可求得C5=0.030371，因而UO2的分子量为：MUO2=235C5+238（1-C5）+2×15.999=269.907因而单位体积内UO2的分子数：NUO2=ρUO2No/MUO2=2.325×1028m-3单位体积内235U，238U，H2O和氧的原子核密度为：N5=C5NUO2=0.0706×1028m-3N8=（1-C5）NUO2=2.254×1028m-3NO=2NUO2=4.65×1028m-3NH2O=ρHO2NO

6、/MHO2=3.344×1028m-3当中子在0.0253eV能量时：铀235核素的微观散射截面=14.4b铀238核素的微观散射截面=8.9b；氢核素的微观散射截面=38b氧核素的微观散射截面=3.7b；铀235核素的微观吸收截面=680.9b铀238核素的微观散射截面=2.70b；氢核素的微观吸收截面=0.332b氧核素的微观吸收截面=27×10-5b；6课程课程设计报告则可得到：∑UO2,a=54.16m-1,∑UO2,s=38.28m-1,∑5,f=41.20m-1∑H2O,a=2.2m-1,∑H2O,s=345m-1由水铀比：VH2O/VUO2=3.5

7、1/(3.5+1)=0.2223.5/(3.5+1)=0.778k∞=υ=2.416×=2.416×9.156/(12.036+1.711)=1.609芯部中：μO=(∑（Ni*μi）)/(∑Ni)=0.27411/λtr≈（∑S，UO2+∑S，H2O）*(1–μO)=（0.222×38.28m-1+0.778×345m-1）×0.7259=201.008m-1Dc=λtr/3=0.001658m1/λa=1/λUO2,a+1/λH2O,a=∑UO2,a+∑H2O,a=0.222×54.16+0.778×2.2=13.74m-1λa=0.0658mLc2=λaλ

8、tr/3=1.091×1