Föreläsning 5. Reaktorfysik 3. Litteratur: E-095 Reaktorfysik H1.pdf Reaktorfysik KSU.pfd (fördjupad kurs) IntroNuclEngChalmers2012.

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Föreläsning 5. Reaktorfysik 3. Litteratur: E-095 Reaktorfysik H1.pdf Reaktorfysik KSU.pfd (fördjupad kurs) IntroNuclEngChalmers2012."

Pernilla Fredriksson
för 6 år sedan
Visningar:

1 Föreläsning 5 Reaktorfysik 3 Litteratur: E-095 Reaktorfysik H1.pdf Reaktorfysik KSU.pfd (fördjupad kurs) IntroNuclEngChalmers2012.pdf 1

Neutroncykeln Fission ger 2-4 neutroner 1,0000 av dessa ska ge ny fission Resten ska förloras Multiplikationsfaktorn, k, är antalet neutroner från en fission som ger ny fission k beror på 1.

2 Neutroncykeln Fission ger 2-4 neutroner 1,0000 av dessa ska ge ny fission Resten ska förloras Multiplikationsfaktorn, k, är antalet neutroner från en fission som ger ny fission k beror på 1. Termiska fissionsfaktorn, η Hur många nya neutroner får vi när en termisk neutron absorberas i bränsle 2. Snabba fissionsfaktorn, ε Extra neutroner av snabbfission 3. Ressonanspassage-faktorn, p n som inte fastnar i resonanserna i 238 U 4. Termiska utnyttjandefaktorn, f Andel termiska neutroner som absorberas i bränslet 5. Ickeläckagefaktorn, P k= η ε p f P 2

Resonanspassagefaktorn, p uttrycker sannolikheten att undgå absorption under nedbromsningen p beror

3 Resonanspassagefaktorn, p Vissa kärnor, framför allt 238 U är mycket benägna att fånga in neutroner i medelenergiområdet! Resonanspassagefaktorn, p uttrycker sannolikheten att undgå absorption under nedbromsningen p beror på: Volymförhållandet mellan moderator och bränsle Bränslets temperatur (Dopplereffekt) ξξ - Medellogaritmiska energiförlusten Moderatorns temperatur och densitet Bränslestavarnas diameter 3

4 Förhållandet mellan moderator- och bränslevolym Resonanspassagefaktorn, p Förlust av neutroner sker under nedbromsningen om neutroner träffar på 238 U! Hur kan det undvikas? Svar: Skilj bränsle och moderator (heterogen härd) Stor moderatorvolym i förhållande till bränsle 4

5 Resonanspassagefaktorn, p Bränsletemperaturen Ökad temperatur i bränslet leder till att resonanstopparna i 238 U breddas. De påverkar alltså ett större energiområde => fler neutroner absorberas. Effekten kallas dopplereffekt och är en viktig negativ återkoppling; bränsletemperaturkoefficienten. Blir bränslet för varmt bromsas effekten. 5

Moderatorns temperaturen och densitet Resonanspassagefaktorn, p Moderatordensiteten varierar med temperaturen Högre temperatur -> lägre densitet.

6 Moderatorns temperaturen och densitet Resonanspassagefaktorn, p Moderatordensiteten varierar med temperaturen Högre temperatur -> lägre densitet. I en BWR sker kokning => ånga (void) Lägre densitet => längre mellan moderatorkärnorna => större risk att neutroner hinner träffa på 238 U och fångas in. Fenomenet kallas negativ voidkoefficient (BWR): hög effekt => mer kokning => ökad void => sämre moderering => mer infångning i 238 U => färre neutroner => minskad effekt I PWR pratar man om negativ moderatorkoefficient: principen densamma 6

7 Resonanspassage faktorn minskar A. när voiden ökar. B. när stav diametern ökar. C. när moderatorvolymen minskar. D. när bränsletemperaturen ökar. Vem ska bort? En är fel!

8 MER OM VOID Vattnets densitet Effektreglering mha void Minskat kylflöde större void större neutronförluster Bra hos BWR Jämnare än styrstavar Förlorade neutroner ger Pu 239

9 Resonanspassagefaktorn, p Bränslestavarnas radie Bränslestavens radie förluster i ytan neutronproduktion proportionell mot volym stor diameter => relativt sett mindre förluster => högt värde på p! 9

10 Resonanspassagefaktorn, p sammanfattning Resonanspassagefaktorn är största förlustkällan => kedjereaktionen kan inte uppehållas med naturligt uran och lättvatten som moderator! Högt värde på p anger att en stor andel neutroner når termisk energi. Resonanspassagefaktorn beror på: Resonanspassagefaktorn, p 1. Volymsförhållandet mellan moderator och bränsle (Vm/Vb) (Vm/Vb) ökar => p ökar 2. Bränsletemperaturen (Tb) Tb ökar => p minskar 3. Moderatortemperaturen (Tm) Tm ökar => p minskar 2. Stavdiametern (D) D ökar => p ökar 10

11 N σ p= exp (1 e) e = anrikning N V V u u m u I, abs u ( ξ Σ ) ( ) = antal U [kärnor/ cm bränsle ] = bränslevolym [cm ] = moderatorvolym [cm ] ξ = log. medelenergiförlusten för moderatorn s m 3 Σ = makroskopiskt spridningstvärsnitt i moderatormaterialet [cm ] σ σ σ s I, abs I, abs I, abs ( K ) V V ( T) = I( 300K) 1+ B1 ( Tu 300K) Till inlupp 1 = resonans integral vid 300K, globalt "tvärsnitt" för absotbtion i U ) 39,6 300 = [ barn] R ρ u U ( ) B R 1 u ρ U = 3 0,94 10 = 6, R ρ 2 = Bränslestavens radie [cm] Bränslets densitet [g/cm ] u U 3 11

12 Termiska utnyttjandefaktorn f f= absorption i bränslet / total absorption av termiska neutroner Källor till absorption bränslet moderator reaktorgift (Xe 135 ) kapslingsmaterial reaktordelar absorbatorer annat Reaktorreglering genom ändring absorbatorernas infångning styrstavar bor i moderatorvattnet (PWR) 12

13 Termiska utnyttjandefaktorn f Antag att neutronflödet är lika stort i bränslet som i andra material absorption bränsle Φ Σa, bränsle Vbränsle f = = = total absorption Φ Σ V +Φ Σ V +Φ Σ V [homogent neutronflöde] a, bränsle bränsle a,mod mod a, an an a, bränsle bränsle = = Σ a, bränsle Vbränsle +Σ a,mod Vmod +Σ a, an Van Mycket bränsle ger hög termisk utnyttjandefaktor Hög anrikning ger högt f Σ V 13

14 Gift (t.ex. 135 Xe) => fler neutroner absorberas istället för att orsaka fissioner. f minskar om man har gift i reaktorn. 14

15 Ökad void ger minskad moderatordensistet => mindre absorption i moderatorn => f ökar 15

Relevanta dokument

Föreläsning 3 Reaktorfysik 1. Litteratur: Reaktorfysik KSU.pfd (fördjupad kurs) IntroNuclEngChalmers2012.pdf

Föreläsning 3 Reaktorfysik 1. Litteratur: Reaktorfysik KSU.pfd (fördjupad kurs) IntroNuclEngChalmers2012.pdf Föreläsning 3 Reaktorfysik 1 Litteratur: Reaktorfysik KSU.pfd (fördjupad kurs) IntroNuclEngChalmers2012.pdf 1 Fissionsfragment (klyvningsprodukter) kärnor som bildas direkt vid fissionen Fissionsprodukter