Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Оценка критического условия для работы реактора ИБР с подкритическим блоком в равновесном режиме

22.03.2017 2017 - №01 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

А.И. Брежнев А.В. Гулевич О.Ф. Кухарчук О.Г. Фокина

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2017.1.07

УДК: 621.039.5

Рассматривается система, состоящая из быстрого импульсного реактора периодического действия типа ИБР и подкритического (теплового в нейтронно-физическом отношении) блока. Реактор снабжен модулятором реактивности, обеспечивающим на короткое время «перевод» системы из глубокоподкритического в надкритическое состояние на мгновенных нейтронах и обратно. В промежутках между импульсами система находится в глубокоподкритическом состоянии и может функционировать в равновесном (статическом) режиме, если для кинетических параметров,описывающих ее работу, выполняется критическое условие.

Нейтронная кинетика представлена в рамках двухточечного приближения. Предполагается, что изменение реактивности в реакторе в момент генерации импульса происходит периодически по параболическому закону, а в промежутке между импульсами реактор глубокоподкритичен. Численное моделирование критического условия весьма трудоемко, а аналитическое представление практически невозможно в силу необходимости решать обыкновенные дифференциальные уравнения с переменными коэффициентами.

Предлагается методика, позволяющая приближенно оценивать параметры связанной системы «импульсно-периодический реактор-подкритический блок», работающей в равновесном режиме. Получены аналитические соотношения в квадратурной форме для расчета «критического» условия такой системы в приближении «часто повторяющихся» импульсов, когда можно пренебречь распадом предшественников запаздывающих нейтронов в промежутке между импульсами.

Расчеты «критического» условия проиллюстрированы на примере лазерной системы, состоящей из импульсного реактора периодического действия типа ИБР=2 и подкритического размножающего нейтроны блока, в котором и происходит преобразование энергии деления в энергию лазерного излучения.Оценки критических параметров системы выполнены по аналитическим соотношениям, а также с помощью прямых численных расчетов по программе STIK, моделирующей кинетику нейтронов в рассматриваемой системе в двухточечном приближении.Показано удовлетворительное согласие результатов прямых расчетов и оценок по аналитическим соотношениям.

Ссылки

  1. Шабалин Е.П. Импульсные реакторы на быстрых нейтронах. – М.: Атомиздат, 1976. – 248с.
  2. Бондаренко И.И., Стависский Ю.Я. Импульсный режим работы быстрого реактора. // Атомная энергия. 1959. Т.7. Вып.5. С.417.
  3. Барзилов А.П., Гулевич А.В., Дьяченко П.П. и др. Лазерная система импульсно-периодического действия с накачкой от ядерного реактора типа ИБР. / Мат. Межд. конф. «Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН’94)». . – Арзамас-16: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 1994. – Т. 2. – С. 186.
  4. Dyachenko P.P., Zrodnikov A.V., Prokhorov A.M. et al. Concept of a Combined ICF Power Plant and a Fission Reactor-Laser Driver // Fusion Techn. – 1991. – Vol. 20. – No. 4.
  5. Колесов В.Ф., Петров Ю.В., Штараев С.К. Кинетика системы связанных импульсных реакторов. // Атомная энергия. – 1975. – Т. 39. – Вып. 6. – С. 392.
  6. Гулевич А.В., Дьяченко П.П., Зродников А.В., Кухарчук О.Ф. Связанные реакторные системы импульсного действия. – М.: Энергоатомиздат, 2003. – 360 с.
  7. Белл Д., Глесстон С. Теория ядерных реакторов. –М.: Атомиздат, 1974. – 494 с.
  8. Komata M. On the Derivation of Avery’s Coupled Reactor Kinetics Equations. // Nucl. Sci. and Engng. – 1968, – Vol. 38. – P. 193.
  9. Stevenson M., Gage S. Application of a Coupled Fission Mode Approach to Modular Reactor Kinetics. // J. of Nucl. Ener. – 1970. – Vol. 24. – No. 1. – P. 1.
  10. Thayer G., Miley G., Jones B. Experimental Studies of Large Amplitude Transients in Weakly Coupled Cores. // Trans. of Amer. Nucl. Soc. – 1972. – Vol. 15. – No. 2. – P. 925.
  11. Thayer G., Miley G., Jones B. An Experimental Study of Two Coupled Reactors. // Nucl. Techn. – 1975. – Vol. 25, – No. 1. – Р. 56.
  12. Difilippo F., Waldman R. The Kinetics of a Coupled Two-Core Nuclear Reactor. // Nucl. Sci. Engng. – 1976. – Vol. 61. – No. 1. – P. 60.
  13. Takezawa H., Obara T., Gulevich A., Kukharchuk O. Criticality Analysis of Pulse Core and Laser Module Coupled Small Reactor with Low Enriched Uranium. // Progress in Nuclear Energy. – 2008. – Vol. 50. – No. 2-6. – P. 304.
  14. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. – М.: Наука, 1971. – 589 с.
  15. Гулевич А.В., Качанов Б.В., Кухарчук О.Ф. Модели и программы расчета динамических характеристик реакторно-лазерных систем: Препринт ФЭИ-2454. – Обнинск, 1995. – 23с.

лазерная система быстрый импульсный реактор периодического действия подкритический блок равновесный режим критическое условие аналитические соотношения численное моделирование программа STIK