We regret that some of the pages in the microfiche copy of this report may not be up to the proper legibility standards, even though the best possible copy was used for preparing the master fiche.
KFKI-7I-69
*•
í
'
Sxobó F. FfonltIL
A BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM
GadóJ.
OKTATÓ ÍS KUTATÓ REAKTORA L
TuriL
•
REAKTORFIZIKAI MÉRÉSEK ÉS SZÁMÍTÁSOK,
Volkó 1
AZ AKTIV ZÓNA KIALAKÍTÁSA
dfíoungaxian S&eademy of Scimceó CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOR PHYSICS BUDAPEST v
t
KFKI-71-69
A BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM OKTATÓ ÉS KUTATÓ REAKTORA Ble6 rész REAKTORFIZIKAI KÉRÉSEK ÉS SZÁMÍTÁSOK, AZ AKTIV ZÓNA KIALAKÍTÁSA
Felelős vezető s Szabó Ferenc Munkatársai : Franki László Gadó János Túri László Valkó János
1970
А Кошрönti Piaikai Kutató Intézetnék a Budapesti ИивкаЫ Egyetem atomreaktorAval kapoeо la toe munkáseágai nagy témakört /foglal magában: an eleB rász foglalkozik a reaktorfizikai márásekkel ás számítá sokkal, A második rá8в аш aktiv zbna ás a osatlakozá berendezések mechanikai kialakításának leírásával» A harmadik rész a vádelem ás vezárlás rendszerének, a negyedik rász pedig a reaktorba beápitáere kerülő osoposták leírásával*
BEVEZETÉS A Budapesti MUazaki Egyetem atomreaktorának tervezése, építése és ttzembehelyezése során a Központi Fizikai Kutató Intézet a következő feladat' köröket vállalta elt 1/
a reaktorzóna nukleáris tervezése, a zóna biztonságos és op timális kialakításával kapcsolatos kritikussági kísérlet vég rehajtása» a szükséges reaktorfizikai mérési és számítási feladatok elvégzései
2/
az aktiv zóna és csatlakozó berendezései szerkezeti kialakítá sának kidolgozása, gyártása és szerelése;
3/
a vezérlés, védelem és mérés rendszerének kidolgozása, terve zése és kivitelezései
4/
a reaktorba beépítendő csöposták tervezése, gyártása és szere lései
5/
a reaktor nukleáris üzembehelyezése és helyszíni bemérése*
A jelen közlemény az 1/ pontban feltüntetett feladatokkal kapcso latos KFKI tevékenység eredményeit foglalja össze. Az itt közölt nukleáris adatok munkaközi adatoknak tekintendők, véglegesítésük az üzemi zónára az 5* pontban feltüntetett feladat végrehaj tása Során történik meg. A Központi Fizikai Kutató Intézet*és a Budapesti Műszaki Egyetem között 1968. november 1-én kötött megállapodás értelmében a KFKI-ban méré seket és számításokat végeztünk а ВНЕ atomreaktor aktiv zónájának optimális és biztonságos kialakítása céljából. A mérések a ZR-5 jelű kritikus rendsze ren történtek. A vizsgálatok azt a célt szolgálták, hogy konkrét ismeretek birtokában meghatározhassuk azt a zóna-konfigurációt, amely a reaktorra ter vezett kutatási és oktatási program követelményeinek legjobban megfelel és ugyanakkor egyéb, elsősorban.biztonsági kritériumokat kielégít.
Ennek érdekében különböző »ónak fluxus- és reaktivitás-viszonyalt vizsgáltuk meg az elhelyezendő besugárzó csatornák és vízszintes csatornák szempontjából. Részletes reaktivitás-mérések segítségével» mindvégig szem előtt tartottuk azt a követelményt» hogy a kialakítandó zónában a maximális biztonság érdekében a prompt kritikussághoz elegendő többletreaktivitás semmilyen reálisan elhihető esetben sem legyen felszabaditható. A mérések mellett részletes reaktorfizikai számitások elvégzése is megtörtént. Rész ben olyan mennyiségeket számoltunk» amelyekre mérési eredmény is volt, az ilyeneket ebben a közleményben egymás mellett» illetve egy ábrára rajzolva tüntetjük fel. Ezenkívül közöljük azokat a számítási eredményeket is, amelyek méréssel nem» vagy csak igen nehezen hozzáférhetők. A számiwások a KFKI-ban kidolgozott "reaktorfizikai modell" bázisán történtek. Ez a modell azoknak a számológépi programoknak a rendszere» amelyek a reaktor fizikai viselkedését leírják. A modell teljesítőképességét bizonyltja a mérési és a számítási eredmények közötti jó egyezés» amely a néha igen bonyolult geometriái és anyagi összetételi viszonyok között is fennáll. A kísérleti és számítási eredmények egyértelműen igazolják» hogy a grafit-reflektor vonatkozásában az eredeti tervektől való eltérés helyes volt. Az eredetileg nagy tömbökből álló reflektor alkalmazása mind gyártás technológiai» mind üzemeltetési szempontból éles kritikát váltott ki. A fütöelemköteg nagyságú grafit-blokkok alkalmazása csupán a reflektor relativ alumínium-tartalmának megnövekedése miatt váltott ki aggályokat. A mérések és számitások egyértelműen igazolták» hogy a reflektor effektivitása a blok kosított kivitelben is kellő szinten marad. Az uj konstrukció által bizto sított flexibilitás ugyanakkor már a kritikusságx kísérleteié alatt bebizo nyította hasznosságát. Az Egyetem részéről bejelentett programváltozás által megkövetelt zónamódositást csak a blokkosított kivitel tette lehetővé. A reaktorfizikai számításokkal és mérésekkel foglalkozó anyagot négy fejezetre osztottuk. Az elsőben beszámolunk azokról a fluxusmérésekről, amelyek során a részben éppen a mérések eredményei kapcsán módosított» a követelményeknek legjobban megfelelő zóna-konfigurációt kialakítottuk. Az általános szokásoktól eltérően nemcsak a végleges zóna-konfiguráció leírá sára szorítkoztunk» hanem ismertettük azt a folyamatot is» amely idáig el vezetett. Részletes ijmertetésre kerültek a végső zóna-konfiguráció fluxusviszonyainak leírása» és a kialakított besugárzó-csatornákban a tervezett üzemi teljesítményen várható fluxusértékek. A második fejezetben foglalkozunk a reaktivitás-mérésekkel. Innen kezdve elsősorban a végső zónára vonatkozó adatokat közöljük» elhagyva azo kat a közbenső eredményeket» amelyek inkább csak az I. fejezetben leirt •unka elvégzéséhez szükséges információkat szolgáltatták éz egyes átmeneti zónákról. A reaktivitás-méréseket azért emeljük ki külön fejezetben» mert
- 3
ezek tartalmazzák az alapinformációt a biztonságos üzemeltetés lehetőségei ü l és korlátairól. A harmadik fejezetben a négyfaktoros formula paramétereinek méré séről számolunk be. Ezek a paraméterek adott esetekben egyszerű számítások hoz kiindulási adatként szolgálhatnak. Szemelőtt tartva azt a tényt, hogy a négyfaktoros formula teljesítőképessége kisméretű reaktorokban sokkal ki sebb, mint nagyméretű /grafit, vagy nehézvíz moderátoru/ berendezések ese tén, ugy véljük, hogy a KFKI-ban kialakított és még intermedier és gyors zónák esetében is jó eredményeket szolgáltató mérési metodika leírása és a BME reaktorára vonatkozó eredmények közreadása az oktatóreaktor jellegre való tekintettel bizonyos - nem lebecsülhető - didaktikai értékkel bir. A negyedik fejezetben a.reaktorfizikai számításokról számolunk be. A számitási eredmények közlésén kivül nagyon röviden ismertetjük a számítás módszereit és menetét is. A számításokat leiró fejezetet az egyébként hasz nos részletes számitási eredmények ismertetésén kivül annak demonstrálásá ra is szántuk, hogy a KFKI reaktorfizikai modellje révén megnyílt a lehető ség átfogó reaktorfizikai tervezési és üzemeltetési számitások végzésére. h tervezést, a méréseket, a számításokat és a kivitelezést a KFKI következő egységei végezték: Reaktorfizikai- és Technikai Laboratórium; Reaktor Üzem; Mérésautomatizálási Laboratórium; Műszaki Főosztály. A reaktorfizikai mérésekben részt vett a BME reaktor munkatársai nak egy csoportja is. Megjegyezzük, hogy erre a munkára nem kerülhetett volna sor mind azok korábbi sokéves tevékenysége nélkül, akikkel együtt létrehoztuk, illet ve kidolgoztuk azokat a mérési módszereket és számítási programrendszereket, amelyeket itt felhasználtunk.
- 4 -
I. A ZR-5 KRITIKUS RENDSZEREN VÉGZETT KI PERLETI VIZSGALATOK
Fluxusmérések A mérések előzetes programját az 1969. I. 29-én jóváhagyott "DME reaktor zéró kísérletének /ZR-5/ munkaprogramja" c. anyag tartalmazta. A mérések során а ВНЕ több Ízben módosította a specifikációt. /Pl. a csöposták száma egyről háromra, ezzel együtt a zónatöltet 20 kötegről 22,25 kö tegre nőtt, stb./. A végleges zóna-konfiguráció kialakítása során 8 zónakonfigurációt vizsgáltunk meg részletesebben. Az előzetes specifikáció a következőket tartalmazta: 1/
A fűtőkötegek maximális száma 20 darab EK-10 tipusu /3 db három szor lesarkított, 13 db egyszer lesarkított és 7 db : • rínál/ köt.-?«/,*
2/
Figyelembe véve a reaktor jellegét, telepítési helyét, különös hangsúlyt kapott a reaktorbiztonság. Ezért a beépített többlet reakti vitás felső határa 0,7 $-,
3/
Semmilyt~4 zónamanipulációval nem állhat elő prompt kritikussághoz elegendő többlet-reaktivitás;
4/
A zónába egy pneumatikus csőpostával kiszolgálható besugárzó csa tornát kell építeni, melynek termikus neutronfluxusa 10 kW esetén 11 2 legalább 1,5.10 n/cm sec.
Mivel a ZR-5 rendszeren történt mérések maximálisan 8,5 W teljesít ményen történtek, csak a termikus neutronfluxus-eloszlások mérésével foglal koztunk. A méréseket aktivációs módszerrel 10 t diszpróziumot tartalmazó Dy-Al ötvözet aktiválásával végeztük /a vízszintes csatornák esetében szcin tillációs detektorláncokkal történtek a mérések/. Mivel a különböző zónakonfigurációkat /különböző fűtőanyag-mennyiség mellett/ 10 kW hőteljesitményre kellett összenormá Inunk, a fluxusmérések leg idő igényes ebb része abból állt,hogy megmértük különböző zónákban a radiális és axiális eloszlásfügg vényeket, majd legkisebb négyzetek módszerével у - A cos /x-o/ függvényt
- 5 -
illesztettünk« majd ennek integrálja szerint átlagoltuk a zónában a termi kus neutronfluxus-eloszlást. Szzel párhuzamosan vizsgáltuk a csaternák fluxusának változásait» változtatva a zónaelrendezést» ill. a reflektorösszetételt /vis» grafit/. Mivel az aktiv zóna fluxuselosslását számítot tuk is» a végzónán» ill. egyes közbeeső zónákon mért fluxuseloszlás-görbé ket a számításokkal együtt a IV. részben közöljük. A termikus neutronfluxus abszolutizálását 10 kW teljesítményre a következőképpen végestük, eb a hasadó anyagra átlagolt termikus neutronfluxus és a h6tel]esitmény között a következő összefüggés áll fenn:
\ aholt
V
M.»
'W
f ( t h
1 Wsec * 3,3.lO hasadás P • reaktorteljeeitmény wattban A - 235 / U atomsulya/ H - 6,023.10 И - U töuege grammban f " Maxwell spektrumra átlagolt mikroszkopikus f issziós hatáskeresztmetszet cm-ben. 2 3 5
23
0
2 3 5
3
t D
A Tbermos-programmal [ll] végzett számítások szerint a hasadó anyagban a neutronhömérséklet TU, - 450 °K, igy:' r
Az atlagfluxue és a zóna közep#n levő maximális fluxus J0°l közötti Össze függést K
K
•ú • *S • x * *y * z - *S * * ahol
R
1*1
átlagolt elosslásfaktor és •i 0
J ^i(i)di •
A
" o
/
«1
-*o f «(i) -1 - x,y,i
irányban a taraikua nautronfluxua-.loHlái fUggvénya.
A $ számitható /1/ alapján, К pedig az eloszlásfüggvények ből. A Térések a fűtőelemek közötti moderátorban történtek az aktiv zóná ban /és nem a hasadóanyagban/. u
A Thermos-programmal végzett számítások szerint /24.sz. ábra/ a moderátorra és uránra átlagolt termikus neutronfluxus viszonya:
Г~ * 1,23 u ahol
0 5
= =
/4/
átlagos termikus neutronfluxus a moderátorban átlagos termikus neutronfluxus a hasadóanyagban.
Mivel az aktiválandó huzaldarabkákát а méréskor а fűtőelemek kö zötti moderátortér közepére helyeztük el« igy nem a moderátorra átlagolt may
fluxust mértük, hanem a moderátorbeli maximumot /0
/. A Thermos-urogramm
mal végzett számitások szerint a korrekció: ф«*х — « 1,03 Фm ш
/5/
T
Minden zónán a mért érték, mely az abszolutizálás alap;át képezte 0 ' /ai zóna közepén a moderátorban mért max maximális termikus neutronfluxus/, melyet az /1/, /4/ és /5/ alapján számítottunk
ф
тах,0
l
e
0 3
. о ф
s
1 # 2 6 7
. о ф
/ 6 /
A kiindulási zónakonfiguráció az 1. sz. ábrán látható. A töltet 19 db EK-10 tipusu kötegből áll /2432 g U / . A beépített reaktivitástar talék 62,7 ф. /Ebben a fejezetben szereplő valamennyi reaktivitásértéket a kétszerezési idő módszerrel határoztuk meg. A reaktivitásértékeket $ ££ * 0.0075 értékkel számítottuk./ A besugárzó csatornák a grafit kiszoritóban helyezkednek el. A csatornák beimérete egységesen 30 mm. Hat darab u.n. belső besugárzó csatorna és 7 darab külső besugárzó csatorna helyezkedik •1 az aktiv zóna melletti, ill. második grafit reflektor-sorban. Csatornán ként 5 db 107 x 0 28 mm-es besugárzó tok helyezhető el. E zónakonflgurácion а б db belső csatorna termikus fluxusmaximumainak 3., középső tokpozició 2 3 5
átlagértéke 10 kW esetén:
-—,, , <Г - 1,66.10 n/cm*sec. A 7 darab külső csatornában ugyanezt .. фговх x ^ e - l O n/cnTsec. A maximális termikus 11 2 neutronfluxus a G5 jelű csatorna 3. pozíciójában: 2/07*10 n/cm sec. A 6 ах
11
0
11
я
- 7 -
A
á
С Ь £
F
0 Fűtőelem
О Н
0
3 Wit
Л/до. besag, csat.
РП fa/vw • csatorna
1,
ábra
- 8 -
darab belső csatornába helyezhető 30 darab tokban as átlagfluxus: 1,31- 1 0
1 1
2
n/cm sec.
A 7 darab külső csatornában a 7 x 5 * 35 db tokra átlagolt termi11 2 kus neutronfluxus értéke pedig: 1,01*10 n/ca sec. Tehát e zónakonfiguráció 65 darab besugárzó tok egyidejű befoga dását teszi lehetővé 1,15*10 n/cm sec, tok átlagfluxus mellett 10 kW esetén. /A közleményben szereplő valamennyi fluxusérték tokok nélküli zó nában mért fluxusérték./ Keresve a besugárzó csatornák fluxusnövelésének útjait, egy darab grafit kiszorító helyett az E8 pozícióban /2.ábra/ viz előreflektálást al kalmaztunk. Ez esetben a beépített reaktivitástartalék 29,7 ф volt. Megmér tük a termikus neutronfluxuseloszlást a zóna középsikjában az E8 és E9 jelű helyeken. Az E8 helyen az első esetben vizben, második esetben vizben levő besugárzó tokban rés ezt hasonlítottuk össze az E8 helyen grafit kiszoritó ban, tokban mért fluxusértékekkel. Mint a 3. ábrán látható, a viz elo re f lek tálas a belső csatorna fluxusát 44 %-kal növelte, mig a külső csator na fluxusa csupán 15 %-kal csökkent. Mivel a zónában 5 db vízszintes csatorna van, viz. előreflektálást csak ott alkalmazhattunk, ahol vízszintes csatorna nem helyezkedik el. An nak tisztázására, hogy célszerü-e a viz előreflektálást helyenként teljes vizreflektorra cserélni, a 4. sz. ábrán jelzett zónán vizsgáltuk meg. Mivel kezdetben kötött volt a 20 ftttököteges limit, a grafit ref lektort csak egy oldalon tudtuk vizre cserélni. A 19,75 kötegből álló zóna reaktivitástartaléka 57 ф. А б db belső csatorna fluxusmaximumának átlagér11 2 teke 2,01*10 n/cm sec-ra emelkedett. A 9-es sorban a grafitnak a vizre való cseréje nem volt célszerű, mert 18 tf-tel csökkentette a reaktivitás tartalékot és 12 %-kal a fluxust. A 8-ik sorban levő csatornák fluxusai pedig azonosak maradtak mindkét esetben: ha a 9-ik sorban akár viz, akár gra fit volt. Az előzetes program II/1 pontját /1 db fütököteg kivételével kép zett neutroncsapda fluxusváltozásának mérése/ az 5. ábrán jelzett zónakonfiguráción mértük meg. ' E zónaelrendezés 22,75 köteget tartalmaz, reaktivitástartaléka 76,3 ф, A termikus fluxusélöszIás a 6. sor mentén a középeikben a 6.sz* ábrán látható. A 72 x 62 mm-es neutroncsapdában a termikus neutronfluxus 11 2 5,66*10 n/cm s e c 10 kW, ami 2,44-szeres fluxusnövekedést jelent a perturbálatlan fluxushoz képest.
тл
- 9 -
A
B
C
D
E
F
G
H
Fuloelem
GO Függ. besúg, csolomo
Grófit
В
Viz 2. аъга
Forrás csolomo
^иааааакЕааайваяанашша
MM
т
т
ш
т
ЯЛ
I J • wzben г?
A vízben és lókban a grafitban tokbon, ha £в helyen grófit kiszorító * grofilbon tokbon,ftűfő helyen víz
<б
о i
c,vogy ! folr.vogg ! с. vagy - н,о н*0 ; н0
/о*
г
Г
re J
о
L
ю го JO 40 so бо
i I !
£9
70 во 90 юо но /го /зо «о /so /бо по (mm) 3,
abrs.
távolsóg, az aktív zóna haiárától
- 11 -
0 Függ. besúg, csatorna H Forrás -cso torna
Fűtőelem Grófit Viz
4.
ábra
12 -
А
Ш
В 1
\ Ц
\\\\
С
J)
'—-
E
к^ AVI
Fúloelem Grafit Viz 5,
ábra
H
ШР1
0
Függ. besúg, csolomo
0
Forrás csolorna
- 13 -
1 x к
8 -15 в
•
О
U •О
(о
1С
к
О I
'
»f,U»/U
•
L
'
'
'
*
L
& ^ » ! ^ ^ » ^ » S - » S . 3
-t
- 14 -
A 44. sz. ábrán látható egy görbén ábrázolva mind a számított» mind a mért termikus neutronfluxus-eloszlásgörbe. Mivel az elsődleges specifikáció maximálisan csak 20 fütőköteges zóna létesítését biztosi-: totta, igy a neutroncsapda létesítésére nem volt lehetőség. A későbbiek ben» bár a fűtőanyag-töltet felső határa 24 kötegre bővült, a reaktor konstrukciós megoldása /tartályméret, részleges grafit reflektor alkal mazása, stb./ nem tette lehetővé, hogy egyidejűleg aktivációs analiti kai célokat szolgáló különböző neutronspektrumban működő csőpostákat és legalább a fenti méretű neutroncsapdát alkalmazzunk. Az előzetes zónaspecifikáció egy darab pneumatikus csőpostával 11 2 kiszolgálható csatorna telepítését irja elő, legalább 1.5»lO n/cm sec termikus neutronfluxusu helyen. Ennek a feltételnek eleget tesz a G5 jelű pozíció, ezért a csatornát itt helyeztük el. így alakult ki a 7.Í?S. ábrán jelzett első zónajavaslatunk. A 20 kötegből álló zónakonfiguráció reakti vitás tartaléka 55,6 ф. Méréseink szerint a 72 x 72 mm-es grafit kiszorító helyén képzett viz lyukban fluxusveszteség nélkül két darab 30 mm-es besü li 2 gárzó csatorna helyezhető el. A G5 jelű helyen 2,64-10 n/cm sec-os ter mikus neutronfluxus érhető el. Az ide telepitett csőpostával hosszúidejű /1-10 óra/ besugárzásokra is szükség lesz, ezért két darab azonos konstruk ciójú és fluxuseloszlásu besugárzó csőposta építését javasoltuk a G5 pozí cióba. /A csőpostákkal kapcsolatos részletes mérési eredményeket a csőpor,tákkal foglalkozó korábbi tanulmánytervünk tartalmazza [17]/. Itt tettünk javaslatot égy másik zónakonfigurációra, mely túllépi a 20 köteges felső limitet, de amely lehetővé teszi a két darab "termikus" csőposta mellett 11 2 egy harmadik 4.10 n/cm sec-os gyorsneutronfluxusu / 1 MeV feletti/ cső posta megépítését. így alakult ki a végleges zónakonfiguráció. /8. sz. áb ra./
Végleges zónakonfiguráció A mérések során a zónakonfiguráció jelentősen módosult: 1/
A ftttőköteg maximális száma 24 db EK-10 tipusu köteg lett.
2/
A pneumatikus ták száma 3-ra helyre /"gyors helyre kellett
csőpostarendszerrel kiszolgálható speciális csőpos emelkedett. Ebből 1 darabot "keményebb" spektrumú csőposta"/, 2 darabot pedig "lágyabb" spektrumú telepíteni /termikus csőposta/. E csatornák neut-
ronfluxusainak a 2 11 1^5*10 n/cm sec 1,5*10 n/cm sec szint«.t /az 1 MeV
termikus energiatartományban el kell érnie az 11 2 szintet, a gyors csőpoi szintet, a gyors csőpostának pedig a 3.10 " n/cm sec feletti tartományban/. J
t
- 15 -
Fuloekm
И Függ. besúg, csolorna
Grófit
H Forrás csatorna
Viz
I Ü Csőposta
7,
ábra
- 16 -
3/
A zónakonstrukciónak legalább 65 db szabványméretű /ÍOO x 28 mm/ besugárzó tok egyidejű befogadását kellett lehetővé tennie.
4/
A függőleges besugárzó csatornák között lennie kell egy darab nagyobb átmérőjű /t>40 mm/ csatornának is.
5/
A beépített többletreaktivitás felső határa továbbra is 0,7
6/
Semmiféle reálisan elhihető zónamanipulációval vagy meghibásodás által /csoposta elvizesedése vagy kiszerelése, stb./ se szabadul hasson fel prompt többletreaktivitás.
$.
A "VÉGLEGES" zónakonfiguráció a 8. sz. ábrán látható. A zóna kb. 22,25 kötegből áll. /Ennek reaktivitástartaléka kétszerezési idö módszer rel mérve 87 ф.1 A zóna fűtőelemekkel történő pontos beállítása a helyszí nen fog megtörténni. A kötegen belüli egyes fűtőelemek reaktivitás-értékes ség mérési eredményeit a II. fejezet tartalmazza. A végleges zónán az /1/ formula alapján számított ф = 1,087*10 2 n/cm sec/10 kW/,az uránban a maximális termikus neutronfluxus
iO Фи 1,087-lQД1 фu « — =к- = 0,5836 n ааъа 11
ш
r
r
„ . . 11 - If86»10 я с
1 л
.„.2. n/cm sec
a.moderátorban ugyanez
- -^ ,,-11 n/cm , 2„ _ ф.max,О =2,36*10 sec
/v.o. IV. fejezet/ A belső csatornák száma 12 db, ebből 11 db 30 mm átmérőjű /egy da rab az F3 kötegbe épitve/, egy darab 40 mm átmérőjű az aktiv zóna melletti viz előreflektorban. 3 darab belső csatornát ezenkívül pneumatikus csopostarendszer szolgál ki. Két darab "termikus" helyre telepitett /GS jelű hely, 11 2 2,45*10 n/cm sec/ egy darab pedig a D5 jeitt pozícióban fél köteg helyét 11 2 foglalja el a viz maximális kiszorítása mellett várhatólag % 4.10 n/cm sec gyorsneutron-fluxust biztosítva. /A zavaró termikus és epitermikus neutron fluxust BjC, ill. Cd árnyékolással kell levágni [l7]./A gyorsneutron csoposta helyének megválasztásakor reaktorbiztonsági szempontból ielentös helyet foglalt el az a követelmény, hogy semmilyen zónamdnipulációval se lehessen a beépített reaktivitástartalékot 1 $ fölé emelni. A csőposta esetleges kiszerelése esetén a D& jeltt fél kötegnek a periférián fekvő bármely teljes köteggel történő cseréjét /mely 2 $ fölé emelné a zóna reak tivitástartalékát/ az akadályozza meg, hogy a D5 jeltt helyre csak három-
- 17 -
fűtőelem
EJ Függ. besag csat
Crafit
И Forrás-csatorna
Viz
Csápásta
levegő 8•
ábra
- 18 -
szór lesarkított köteg helyezhető, ilyen pedig csak 3 db van az aktiv zó nában, gyakorlatilag azonos reaktivitás-értékességü helyen. Fontos még an nak ismerete is, hogy a csőposta esetleges meghibásodása /elvizesadése/ miatt milyen reaktivitás-effektus lép fel. Mivel az elvizesedés ^ 0,20 $ reaktivitással csökkenti a zóna reaktivitástartalékát, ezért a csőposta biztonsági okokból megengedhető. 11 2 A belső csatornák fluxusmaximumainak átlagértéke 2,06*10 n/cm sec, 11 2 a 7 db kUlső csatornában ugyanez: l,02«lO n/cm sec. Mint már fentebb einlitettük, csatornánként 5 db besugárzó Lok he lyezhető el. A 9.sz. ábrán látható a besugárzó csatornában a tokoknak, ill. a tokon belül a mérési pontoxiiak a csatorna altatói szánutoLc тач;и;зЛ«4koordinátái, valamint a függőleges csatornák axiális /egyre normált/ ÍIUXIIÍ;eloszlása. /A mérések pontosítása céljából az eloszlásfüggvényt 10 ponhbüu mértük meg és legkisebb négyzetek módszerével у = a cos ot/x-ß/ függvón'/t illesztettünk a mérési pontokra./ Analitikusan az eloszlasx.üggv*»ny: у * 1,000 cos 0, 04357/x-30,507/. Az 5 tokpoziciónak megfelelő axiális relativ fluxuseloszlást л vetkező 1.1 sz. táblázat tartalmazza.
I.l.cz.
1,
•
l'O'AXCIO
• '
Cin a csatorna fennkabol
Táblázat ft. ахгаЪгв ,1
eloc%' *
fiZOVZO
5. 4. 3. 2. 1.
49,3 38,6 27,9 17,2 . . .
0,686 0,945 0,993 0,835 0,500
A besugárzó csatornák 3. pozícióiban 10 kW mellett ^rii.H kue neutronfluxus-értékeket az I.2.sz. táblázat tartalmazza.
Ol
О
/pjpflö OUJ0JOÍ0 0(LUD)
- 19 -
- 20 -
I. 2.83.
Belső
CO bal C8 jobb D8 bal D8 jobb
Б8 F8 bal F8 jobb G6 jobb G6 bal G4 jobb G4 bal
F3
n/cm sec 1,9 2,1 2,3 2,1 2,1 1,9 1,6 2.3 2,0 2,1 2,0 1,6
Kill в о
csatornák
Csatorna jile
Táblázat
Megjegyzés 0 30 mm n N N
(b 40 nun 0 30 mm »i
Csatorna jele C9 D9 E9 F9 H6 H4 H3
csatornák
n/cm sec 1,0 1,1 1,0 0,8 1,1 1,1 0,9
Megjegyzés Q 30 mm и M N И
и и
* и и и II
kötegbe épitve .
A várható fluxusértékeket /a I.í.sz. táblázatban közölt magassá gi pontokra/ ugy kaphatjuk meg, hogy a 1.2. sz. táblázat megfelelő csator na 3. pozícióinak értékeit megszorozzuk a 1.1. sz. táblázat h. axiális eloszlás szorzójával. Ha a besugárzandó céltárgy mérete nagyobb és betölti a teljes besugárzó tokot, akkor a várható fluxusértékeket az eloszlás in tegráljából /9. sz. ábra/ számithatjuk ki. /Termesztésen a fluxusárnyéko lás és depresszió korrekciói mellett./ Mint a 9.sz. ábrán látható, a termi kus csőpostáknak a zónában elfoglalt magasságkoordinátáit ugy célszerű be állítani, hogy a céltárgy a csatorna fenekétől 30 cm magasságba, az aktiv zóna kőzépsikja alá 1,5 cm-rel Kerüljön. /Kissé módosítva a tanulmányterv ben szerepelt mérési eredményt./
Vízszintes csatornakiceatolás-vizsgálat A reaktorban 5 db vízszintes csatorna van. Ebből 1 db tangenciális, a többi 4 db a zóna közepét "nézi" /10. sz, ábra/. Az eredeti tervek szerint a tangenclilis csatornát a zóna tartályáig tőmor gratxcrétegen xeresztux csa toltuk vol iá ki/vagyis a Gl, G2, Hl, H2 helyeken levő grafit reflektorelemek tömör grafitból készültek volna/, mig a többi 4 db vízszintes csator na a reflektorvastagsággal megegyező, a csatorna magasságában 100 mm vastag-
- 21 -
ШШШ:
. \ V . \ \ K _ - . К:- i \ /
fÄ
4
0
!•-•.. f \
\>V 4U ' .
•
>
3 .4-.vV
.
V.s •
V.x.. .. A
- \:.>г ;J\/Lcv^nps ;
X:.-"
\ko,tníiöior \
jSzcinliWáior
Fűtőelem
fő] függ. besugárzó csabrno
Grófit
[T| /Ъ/rös csabrno
Ж Viz
|5] Csóposla
Щ Levegő 10»
ábra
i
- 22 -
ságban elhelyezett tömör aluminium rétegen keresztül csatlakozott volna az aktiv zónához. Vizsgálatainknál aluminium és levegős kicsatolást hasonlí tottunk a grafit kicsatoláshoz. Méréseinket a tangenciális csatornánál és a IV. sz. vizsszintes csatornánál végeztük. A mérések általában ugy történtek» hogy a két csatorna magasságában egy-egy szcintillációs detektort helyeztünk el a külső tartály köpenyén. A zóna kistartalya és külső nagytartálya között levő vizben levegős kicsatolást alkalmaztunk. A csatorna magasságában a csa torna irányába eső grafit kiszoritőkban ÍOO mm magasságú levegős, aluminium kicsatoló elemet helyeztünk el és a szcintillációs detektorral iqy mért rela tiv fluxusértékeket hasonlítottuk össze a tömör grafitkiszoritós kicsatolással. A méréseknél mindig az egyik detektor mérte a relativ fluxusváltozást /termikus, epitermikus/, mig a másik láncot a reaktorteljesitmény monitoro zására használtuk. /A ZR-5 viszonylag kis teljesítménye miatt az eredmények magán a reaktoron még megerősítésre szorulnak./ A termikus detektor e
J. З.вя,
Kiceatoláe
média
T&blasat
Kat8zerez0Bt id8 m&deueml márt reakti vitás-váltosaa 4
grafit, alapzóna
» -
0
t h
vei.egy
a. 0
e ?
i
ret.egye.
f>00
1,00
1 réteg levegős klcsatolás H-1,2
- 4
1,38
1,82
2 réteg levegős klcsatolás G-l,2; H-1,2
-10
1,60
2,22
3 réteg levegős klcsatolás P-1,2; G-l,2? H-1,2
-20
1,44
2,26
4 réteg levegős kicsatolása E,F,G,H-1,2
-49
1,27
1,85
14 г
,-Mtaa^aifcjtj
- 23 -
t »•»• """««»•
7000
6000
5000 V
В
4000
3000
гооо
юоо I
0
S
I
I
I
I
I
L
Ю45£0ЯЗО354ОЛ$306560 11. Ábra
(cm)
- 24 -
Figyelembe véve, hogy az epitermikus neutronfluxus abszolút érték ben ^ 15-ször kisebb a termikus fluxus értékénél, az epitermikus neutron fluxus-növekedés abszolút értékben nem jelentós. A reaktivitás-csökkenést és a termikus fluxusnövekedési effektust összevetve egyértelmű, hogy az utolsó két grafit kiszoritó rétegben /G-l 2; 11-1,2/ célszerű levegős kicsa tolást alkalmazni, mely a termikus neutronfluxus értékét 60 %-kai növeli. f
A IV. csatornánál történt méréseknél a grafit és levegős csatolást hasonlítottuk a már beépített aluminium csatoló elemekhez.
/. 4. ez.
K-ieeatoláa
módja
Al teljes vastagság ban
Reakt.
változás
Táblázat
0
t h
ml. egy a.
0
e p i
TÚL.вдув.
-
1,00
1,00
С teljes vastagság ban
+ 6
1,08
0,86
levegő teljes vas tagságban
- 5,5
1,20
1,44
A mérésekből egyértelműen látszott, hogy a már beépitett alumi nium kiszoritó elemeket ki kell cserélni tömör grafit k.szoritókra ott, ahol lágyabb spektrumú neutronteret kivannak kapni - III, IV. sz. vízszin tes csatornák - és levegős kicsatolást alkalmazni ott, ahol keményebb spektrumú neutrontérre van szükség: I., II. sz. csatorna. /Egyébként is az Al kicsatolást magas gamma háttere miatt sem célszerű alkalmazni./ összefoglalva a zónaoptimalizáció, ill. fluxusmérések eredményét, a következőket állapithatjuk meg: a reaktor felhasználási lehetőségei nagy mértékben kiszélesedtek. A tervezett 1 darab pneumatikus csőpostával ki szolgálható csatornával szemben 3 darab ilyen csatorna fog üzemelni külön böző spektrumú helyeken. 2 darab "termikus csőposta" a G5 jelű helyen, 11 2 ^ 2,45*10 n/cm sec termikus fluxusban, a "gyorsspektrumu csőposta" a D5 11 2 3elü helyen, 'v 4.10 n/cm sec gyorsfluxusu /1 MeV felett/ térben. A ez . posták elhelyezése, a viz előreflektálás bevezetése, ill. a levegős kicsato* lás alkalmazása megnövelte a zónatöltetet kb. 17 %-kal. Mindezek mellett a kiindulási zónaértékekhez viszonyítva a 65 db besugárzó tok \\
Ъ
1.54*10 n/cm sec, tok átlagos termikus neutronfluxusu térben helyezkedik el, ami 34 t-os fluxusnövekedést eredményezett azonos - 10 kW - hoteljeaitmény mellett. /Az amúgy is gyengébb külső csatornák szerepét a számban meg duplázódott belső csatornák vették át magasabb fluxusértékekkel./ A vízszintes csatornák esetében a tangenciális csatorna termikus neutronfluxus-hozama 60 %-kal növekedett, a többi vízszintes csatorna pedig alkalmazkodott a fizikai kísérletek spektrumigényeihez is.
- 25 -
II. REAKTIVITÁSMERESEK Reaktorok reaktivitás-viszonyainak kimérésére többféle mérési mód szert lehet használni. A legegyszerűbben kivitelezhető módszerek közé tartozik a kétszerezési idő meghatározásán alapuló reaktivitásmérés, amelynek azonban bizonyos korlátai vannak. Mindenekelott, minthogy a mérés szuperkritikus reaktoron történik, a közvetlenül átfogható reaktivitás-tartomány nagyon szűk, és emiatt a nagyobb reaktivitás-változások több lépcsőben történő meghatározá sánál a tartományok illesztésével kapcsolatos problémák lépnek fel. ISzzel a mérési módszerrel kapcsolatos másik nehézséget az okozza, hogy a kétszere^ósi ido-reaktivitás összefüggés tartalmazza az adott reaktorzónára vonatkozó későneutron-paramétereket, s ez számos problémát' vethet fel. A jóval bonyolultabb pulzált neutronforrásos reaktivitásmérési mód szer szélesebb -skálán használható, de csak a negativ reaktivitások tartomá nyában, és elvi problémáktól ez sem mentes [4]. Folyamatosan végeztünk kétszerezési ido mérésén alapuló reaktivitás méréseket a ZR-5 rendszeren a zóna reaktivitás-viszonyainak megismerése cél jából. A zóna különböző lehetséges konfigurációinak összevetésénél és bizo nyos szerkezeti-geometriai változtatások eredő hatásának megbecslésénél szűk ség volt az egyes pozíciókban a fűtőkötegek és reflektorelemek reaktivitás értékességének ismeretére. A pulzált reaktivitásméréseket egy tömör, grafittal és vizzel ref lektált zónán kezdtük el /továbbiakban "GRAFITOS zóna"/, majd az időközben - főleg a csatornafluxus-mérések figyelembevételével - kialakított végső zónán /"VÉGLEGES zóna"/ folytattuk. Számos fontos reaktivitás-értéket meghatároztunk a ZR-5 rendszerre végzett részletes reaktorfizikai számitások keretében is. Ezek részletesen a IV. fejezetben találhatók meg» itt a számított eredményekre csak rövid utalásokat teszünk.
- 26 -
2.1.
Pulzált reaktivitásmérési módszer
A pulzált neutronforrás segítségével történő reaktivitásmérési módszerpv *. reaktorban a pulzus belövése után kialakuló fluxus időfüggésé nek Ф/t/ mérésén alapulnak. A Ф/t/ függvény menete és a reaktivitás kö zött többféle, egymástól kissé különböző összefüggés vezethető le, ezeknek megfelelően a pulzusválaszból többféleképpen értékelhető ki a reaktivitás. Az egyes kiértékelési módszerekhez szükség van a Ф/t/ függvény valamilyen analitikus előállításában szereplő paraméterek meghatározására. Ez a mérés ből legkisebb négyzetek módszerével történő illesztéssel végezhető. Simmons és King fi] módszerében csupán a prompt alapmódus bomlási állandó jára, о , van szükség a reaktivitás megállapításához. Ismerni kell viszont a kritikus reaktorban mérhető a értéket, a -t is. így а negativ reaktivitás
p fc _ ^ L . i с
/1/
alapján határozható meg. Az /1/ összefüggés közelítő jellegű, a közelités növekvő szubkritikus reaktivitásoknál romlik, ennek problémáival itt nem foglalkozunk. Méréseink kiértékelésére ezt a módszert választottuk.
2.2,
A pulzált reaktivitásmérés leírása
A ZR-5 szubkritikus reaktivitásméréseknél a KFKI NIG-200 jelzésű neutrongenerátorát használtuk [2] • A neutronimpulzus szélessége 150-500 ysec, ismétlődési ideje 15-75 msec tartományban volt. Neutronok detektálására Twentieth Century, 111. SzNM-12 tipusu BF- csöveket használtunk a KFKI-ban készült előerősitő-erösitődiszkriminátor egységeket tartalmazó láncokban. A detektált jeleket NTA 512 tipusu 512 csatornás analizátor segítsé gével gyűjtöttük és közvetlenül lyukszalagra vittük. Rendszerint 128 100500 ysec szélességű csatornát használtunk. A lyukszalagról/ bizonyos vezérlS adatokkal kiegészítve, RJ05 ne vű, legkisebb négyzetek módszerét alkalmazó exponenciális függvény illesz tő programunkkal határoztuk meg a keresett a paramétert.
27 -
2.3.
Reaktorkonfiguráció
Számos átmeneti zónán végeztünk reaktivitásmérést, többnyire kétszerezésl idő mérése alapján. Ezeknek azonban általában nincs nagy jelentő ségük a végső zóna szempontjából. Amint említettük, két zónakonfiguráción végeztünk részletesebb» pulzált reaktlvltásméréseket. A 12. ábrán látható a "GRAFITOS" zónaelrendezés. Ezen meghatároltuk a biztonságvédelmi és ezabályozórudak értékességét, valamint néhány jellegzetes pozícióban a fű tőkötegek és reflektorelemek értékességét. A 13. ábrán látható "VÉGLEGES" zónán folytattuk a méréseket. Ismét meghatároztuk a BV és szabályozó rudak értékességét, fűtőkötegek értékessé gét, egyéb reaktivitás-effektusokat.
2.4.
Mérési eredmények
Számos kétszerezésl itiőmérés mellett összesen ralntecy 100 pulzált mérést végeztünk. Ebből elég sokat szenteltünk a mérések reprodukálhatóságá nak tanulmányozására, kedvezőtlen mérési elrendezések kiszűrésére, ill. olyan állapotok kimérésére, amelyek később nem kerültek megvalósításra A II.1. táblázatban, főként illusztrációként összefoglaltuk a vég eredmények szempontjából legfontosabb mérések paramétereit. Ahogy a 2.1. pontban elmlitettük, a módszerhez szükség van o meghatározására. Ez külön böző szubkritikus állapotokban végzett mérésekből kritikusra való extrapo lálással történt, a 14. ábrán látható módon. A kapott érték c
о * 107sec" с Ennek hibája a statisztikus hibák,illesztés hibája, reprodukálható ság figyelembevételével 1-2 %-ra tehető. Ugyancsak
a
• 107 sec"
értéket mért ezen а reaktoron Liewers
[з] korrelációs módszerrel, kritikus állapotban.. Az extrapoláció a kézi szabályozó rud lineáris szakaszán történt. . /15. ábra./ A kézi rud reaktivitásgörbéjét kétszerezésl Időméréssel is felvet tük, ezt a 16. ábrán láthatjuk. A végső zóna, a 13. ábra szerinti elrendezésben 0,91 % szuperkri tikus, az F3 fütőkötegből 1 pálcát eltávolítva pedig 0,86 $. /F3-ban egy-egy
!
- 28 -
A
B
C
D
1*«M
'. \
E
F
Л 'Т S I 4
»I - N
ч
ч
F
G
H
x Ч
ч
" \ K * \ 4 * - - V
Ч
^
\
4 v ^ > w-V-
.. \\I\MV wtv/
\ 4
•Mill VEb
N
\ ^N •>[\\i\\b\X I-•'' •' /
,'
/
''
.
'•. \
Ч
\
ч
ч
з
\
; ч
\ \
I.
KvA/A'/:- //У/.,' -; • \ v ч
/Л//л .• /X •• / <. • • \ -/•(КУ/ г-* ~/~~*Ит '• •*' --г-•»-'.-•»---ч
'/л ////г'//Ь
ч
5
':< \\ N - 6 1 8
W/
иа:
\
ч N; X
^ Ь-v ^ л ь л ч ; о .
0
ч
\'й
• dele к tor
//1 Fűtőelem Ш Grafit
О forge/
Viz
J2.
G/,»74T
- 29 -
Q
S57 if'"*
Fűtóelem
Ш Grófi» 0
Levegő
• Deieklor
Viz
П
13,
ábra
borget
-
30
-
800
О) *0
100
500 rúd he/yzcl 14,
ahra
(mm;
- 31 -
%9UU
•
1 -
1
"I
г~
• • т
*.в
"Т
•
•
-
4
Г 250
<б
<'ч>
о
«0
- V
Ö
- Ф
гяо 1
гоо
1
1
600
еоо
.1.
- Oft
800
rud helyzet (mm) IB, Abra
-
32 -
гоо
о rúd helyzet (mm)
II.J,.
,'Jéhány pulzált
Яо,
Reaktor
249 250 251 252 253
2BV.F, A:F, " • -• " "
K: Ki Kt Ki Ki
256 257 254 255 258
2BV;F, AiF, Ki ." Kt • Ki " Ki A, KiL, 2BViF
60 / F / 150 150 350 450
x/
200 390 550 600 /L/
Táblázat
muriz adatai
Neutronimp. tdö hozzz те. u«.
Analizátor ozat, ozat. вжат ezil.
Ciklus
eee
200 200 200 200 200
26 26 26 26 26
128 128 128 128 128
200 200 200 200 200
46154 60000 57692 57692 55385
192.37 206.25 236.0 272.79 285.05
0.7988 0.9276 1.2056 1.5494 1.6640
200 200 200 200 200
26 26 26 26 26
128 128 128 128 128
200, 200 200 200 200
57692 „ 220.04 57692 285.85 57692 290.27 69231 289.27 57692 317.65
1.0565 1.6715 1.7128 1.6759 1.9686
«ж.
e
P
•
259 260 261 269 270
A, KiL, B V i L BVjiF A, KiL, BVj^F, BV iL A, KiL, 2BVtL 2BV:F, A, Ks240, F7 kint — " 06 kint
200 200 200 200 200
13 13 13 26 . 26
128 128 128 128 128
100 ÍOO 100 200 100
106154 138462 138462 46154 69231
548.35 657.51 867.45 246.77 531.00
4.1248 5.14SO 7.1070 1.3063 3.9626
271 272 273
2BV:F, A, K:240, C5 kint " 04 kint " • E3 kint
200 200 200
26 26 26
128 128 : 128
200 100 100
69231 69231 69231
558.26 588.46 382.93
4.2174 4.4996 2.5788
x
v
2
Jelölések: BV: bizt.védelmi rud. A: automata rud, K: kézi rud. A rudjelzések utáni számok a rudhelyzetet jelzik mm-ben,, az F a fenti, az L az alsó véghelyzetet jelenti.
- 34 -
belső pálca értékessége 0,08 $, B4-ben pedig 0,10 $-nak adódott./ Elekre az értékekre a végs6 összeállításnál a tartalékreaktivitás pontos beállí tásánál lesz szükség• A különböző reaktivitás-értékesség mérések eredményeit a II.2.* II.3., II.4. táblázatokban foglaltuk össze. Látható a két különböző zóna konfiguráción végzett mérések összehasonlításából, hogy a változtatás ál tal közvetlenül nem érintett elemek értékessége nem változik jelentősen az egyik zónáról áttérve a másikra. Ennek a ténynek a figyelembevételével egy külön ábrán /17. ábra/ a jobb szemlélhetőség kedvéért együtt tüntettük fel a két zónán mért értékességeket. /Aláhúzott számok pulzált mérést, a nem aláhúzottak T2x mérést jelentenek./ A "VÉGLEGES" zónában lévő vizlyukak helyén feltüntetett értékességek az ott elhelyezhető grafitelemekre vonat koznak. II. 2.
Táblázat
Ruder teke 88 egek "VÉGLBGES" zbr.a '
Ар
Á t l a g Ар
$
1
2.16 2.24 2.35
2.25
BV
3.18 3.13 3.23 3.12
3.18
2 BV
5.17 5.17
5.16
A
0.27
К
0.87
A + К
1.12
B V
2
$
J
A különböző eleinek értékességeinek megállapításánál mindig akkor tekintjük az értékességet pozitívnak, ha kiemeléskor /eltávolításkor/ a zóna reaktivitása csökken. Amennyiben nincsen külön feltüntetve, minden értékességmérés ugy értendő, hogy a szóbanforgó elemet eltávolítjuk és viz kerül a helyére.
é
- 35 -
FUtSköteg-,
II.3. Táblámat refi.elem-, atb.
ertekeeeégek "VÉGLEGES" zóna
Др 9 F7 fütököteg D6 C5 D4 E3
1.07 3.71 3.96 4.25 2.33
x/ B3 grafitelem' E8 " E2 " x/ CB
О.бО 0.33 0.37 O.IO 0.24 0.29 0.31
E l
G6
D8
" Vl Vl " " ' x
* Т- méréssel II. 4. Táblázat Reaktivitaa-ert&keamegek "GRAFITOS" zóna ш
C4 fütököteg D4 D7 D7 fUtököteg grafitra cserélve D6 " " " . D2 grafitelem D8 " D9 G5 H5 "
Ap $
2.87 3.81 2.29 1.48 3.74 0.61 О.ЗЗ O.IO 0.48 0.07
G5 grafitelem dugó H5 V •
O.04 О.07
t
B3-B4-B5-B6-B7 C4-D6-E8-F8
B V
1
grafit aor eltávolítása " "
-2.08 -1.02 2.50> , 2.76J
6 3 2 , б Э
3.401 3 с, - ,
2BV
3.62J 5 , 9 2
3 , S 1
\ 5 50
- 36 -
в
A
с
0
Е
н
G
F
0.10 0.31
0.37
O.ü'J
C.60 / ,
ч_
D
2.33
i%L_
В 1
ш\ \
1I 3.71
У
1
/
0.07
0Л8 —
.
0.23 1.05
2.29 —
0.24
о.зз' 0.31
О.ЗЗ
0.Ю
17,
ábra
8
- 37 -
Mintegy illusztrációképpen meghatároztuk számítással is két fUtüköteg-pozició értékességét: a D4 pozícióban mért 4,25 $-ral szemben számítás sal 4,8 $ adódott, a D7 pozícióban a mért érték 2,3 $, a számított pedig 2,0 $. Vizsgáltuk a száraz BV rud-csatornák kilyukadása és vízzel való te lítődése esetén várható reaktivitásváltozást. T2x mérés alapján Ap = 0,21 $ra tehető. Számításból 0,18 $ adódott. A D5 pozícióban kialakított levegős besugárzó csatorna /13. ábra/ vízzel való elárasztása csökkenti & zóna reaktivitását: T2x mérés alapján Ap = -0,20 $. Ez a kérdést is vizsgáltuk számítással és -0,71 $ értéket kaptunk. Az utóbbi mennyiség mért és számított értéke közötti eltéréssel a IV. fejezetben foglalkozunk. A mérések szerint a használni kívánt B.C kap szula behelyezése ebbe a csatornába Ap =0,34 $ értékességével csökkenti a reakti4 itást. r
A lyukas grafitelemekbe való grafitdugók értékessége darabonként mintegy 0,04 - 0,07 $. /A grafitdugók mérete ф 28x620 mm./ Megmértük a IV. csatorna esetében, hogy milyen reaktivitás-különb séget jelent, ha a tömör aluminiumos kicsatolást levegős kicsatolásra cse réljük. Azt találtuk, hogy a reaktivitásváltozás Ap < 0.03 $ / P
l e v e g S s
< P / . /Lásd I. fejezet/. A1
A grafitelemek értékességének mérése mellett a végső zónakialakitás során megmértük, hogy egy-egy grafit sor eltávolítása /vízzel való cse réje/ milyen reaktivitás-változást okoz. B3-B4-B5-B6-B7 sor: Ap * -2,08 $, zónából kiindulva mértünk./
C8-D8-É8-F8 sor:
Ap -1,02 $./A GRAFITOS
A biztonsági értékelésnél a három módezerrel meghatározott értékek közül mindig a legpesszimisztikusabb veendő figyelembe.
- 38 -
III. A NÉGYFAKTOROS FORMULA PARAMÉTEREINEK A MERESE
III. 1. Bevezetés A négyfaktoros formula jelentősége kisméretű reaktorokban sokkal kisebb, mint nagyméretű /grafit vagy nehézvíz moderátoru/ reaktorok eseté ben, mert a rendszer jellemző paraméterei /kritikus tömeg, fluxuseloszlás stb./ kritikus rendszerben közvetlen méréssel egyszerűen meghatározhatók [6]. A termikus tartománytól eltekintve a spektrum kisméretű zónákban a nagy neutronkiszökés miatt er6s helyfüggést mutat, ami elsősorban a rezonanciakikerülési valószínűség értékét befolyásolja. A mérések kiértékelése során a kiszökés figyelembe vételére alkalmazott Fermi-kor közelítés a helyfüg gést nem veszi figyelembe. Kis zónák esetén tehát a rezonancia-kikerülési valószínűség értékében nem várhatunk túlságosan jó egyezést a kísérlet és a számítás között. Ennek oka nem a számitások és a kísérletek pontatlansá gában, hanem magának a négyfaktoros formulának a megfogalmazásában rejlik. A négyfaktoros formula paraméterei esetünkben arra a célra szolgál nak, hogy adott esetekben egyszerű számításokhoz kiindulási adatként szol gáljanak. A négy tényező közül csak a termikus hasznosítási tényezőt és a rezonancia-kikerülési valószínűséget határozzuk meg, ugyanis a gyorshasadási tényező értéke 10 % dusitásu zónában nagyon közel áll l-hez és emellett nagy pontosággal számolható. Ugyancsak pontosan ismert n értéke is /a fűtőa nyagban befogott egy termikus neutronra eső primer gyorsneutronok száma/.
III.2. Termikus hasznosítási tényező A termikus hasznosítási tényező definíció szerint: f • fűtőanyagban befogott neutronok száma összes befogott neutronok száma kis átalakítás után
,-., ' '
- 39 -
b{j
f
E
h,b **ь b
d E
pp
«Jf » •E
* - i—£— ?
с
d E
r
14
c
E
u J
*u
d E
F
(Z
с +E
u [ 5 8> •«
d E
A fűtőanyagban gyakorlatilag csak az urán által befogott neutrono kat kell figyelembe venni. Bevezetve a Westcott-féle jelöléseket [.7], továbbá feltételezve, hogy az urán-238 hatáskeresztmetszete a teljes energia tartományban 1/v törvényt követ
1 _ f
F ±
ж
W
a
F
b *ob b b P
+
N
+N
ö
" u *ou < 5 °5 8 o8>
ф
W
m от m °m P
N
u *ou ( 5 V
N
a
8 o8>
ahol F , F. , F a moderátor», burkolat, ill. a .fűtőanyag felülete az ele mi cellában, ф felületi fluxusátlag, az о index a 2200 m/s sebességre vonatkozik. ф от , fluxushányad mérésére Dy fóliát használtunk. Az elemi cella Ф •ou fűtőanyagában és a moderátorban besugárzott fóliák aktivitáshányada a Westcott-féle jelölést használva
\ A
p
W
g
T
_ »ói m Dy Dv < m> F
•ou u %
/ 4 /
*<*u>
A moderátorban a neutronhőraérsékletet Dy/Lu féllapárral határoztuk meg közelítőéi. Nagy pontosság elérésére nem törekedtünk, mert a neutronhS'mérséklet figyelembe vétele csak egy korrekciós tényezőt jelent és viszony lag nagy hiba sem változtatja meg jelentősen f értékét. Felhasználva még az [5] irodalomban megadott adatokat, a következő értékeket kapjuk 1 T T г r
m
u
л
u
-
343 K® /T +30/ - 373 K° 0,0752 0,0934 m
- 40 F ismeretében p~ X u *ob A /4/ egyenlet jobboldalán álló első tagban —— Фou zölt adat alapján becsülhetjük meg. ^ 1^
A /4/ egyenletből
т
и
ф T°^ meghatározható. 'ou értékét az Гз]-Ы:п kö
A
Az M hányados meghatározásához a fóliák eltérő alakja és a detektor hatásfokának a helyfüggése miatt a moderátorban besugárzott fóli ákat négy részre vágtuk és külön-külön mértük az aktivitásukat. Egy-egy ilyen fóliadarab mérete közel azonos volt a fűtőanyagban besugárzott, fóliá val, ezenkivül a geometriai elrendezéssel is biztosítottuk, hogy fóliák bár mely pontjáról kiinduló sugárzást azonos hatásfokkal detektáljuk. m
A fóliák besugárzásakor a zóna kiképzése a 18. ábrának megfelelő volt. A szétvágott fűtőelemben és a moderátorban a 10 % diszpróziumot tar talmazó alumínium fóliát a 19. ábrán látható módon helyeztük el. A fóliák aktivitását béta fejes szcintillációs detektorral natároztuk meg. Egy tet szőleges időpontra vonatkoztatott fólia-aktivitásokra a következő értékek adódtak: aktivitás
Fólia száma 1
O,2293.10
5
+ 0,76.10
2
2
0,2464.10
5
+ 0,78.10
2
3
0,2566.10
5
+ 0,80.10
2
4
O,2538.l0
5
+ 0,90.10
2
5
ОД356.10
5
+ 0,61.10
2
Ezek a l a p j á n A . = 98580 + 158 m — A - 13560 + 61 u
~
= 7,2699 + 0 , 5 % u Fm = 2 1 0 , 5 mm 2
F
2
« 3 8 , 4 8 mm
u
2
F = 40,6 m & /341/ = 0,970 e / 3 7 1 / = 0,963 b
D y
D y
F F
m фom
Ф
y
u
ф y
ou
-
7 ->17Л t
.
°
m
Ф
F
b*ob F ф u ou y
- 1 , 1 8 + 10 % /bee
1,3193 +
0.0079 /THERMOS 1 , 3 3 5 5 /
- 41 -
Speciolis futoköleg FA pozícióban Plexi lap —
0у(Ю7оОб) fóhok
iokölegek
18. kbva
- 42 -
-•fűtőelem
AI-burkolót
Al-csozóna középmagasság
Du-
ШШШЩ i v l v»/* .*
polietilén cso —
19, ábra
f. v
- 43 -
N. = 6,027. Ю"
2
D
N
N
= 1,05 3.10"3 s,479.10"3 R •9 : 6, 6 7 . Ю m =
- 2
N
=
°o5
=
693,0
°o8
=
2,73
om
=
J,332
°ob
=
0,235
Ö
g
/235/
/
3
7
1
/
=
o,9648;
Miatti» egyét anyagra
/
2
3
S
5
'
/ 3 7 1 / « 0,0828
g = 1;
s = О.
7, n^<jii-l? Io 6. fcékek b e h e l y e t t e s í t é s e után
f = 0,8064 + 1 %
,4 TiteVttöS kód с Lexmikus h a s z n o s í t á s i t é n y e z ő r e 0 , 8 0 2 1 - e t a d , ami k i t ű n ő egy / e s t i.m>.f. a tóért é r t é k k e l .
II!.3-
A. ircr^nancia-kikerfllési valószínűség mérését a fűtőanyagba h e l y e 238 zsti. csapass éh kadmium borítású ü fóliák felaktiválása után a keletkezstt Ne aktivitások mérése utján végeztük el. Az ü magok neutronbefo$3sakcr leiái «.'ódó folyamat sémája a következő 8
U
" /n,y/ U
2 3 9
- ^ U . . Np
2 3 9
-&cl~
Pu
2 3 9
A rezonancia-kikerülési valószínűség közvetlenül nem mérhető, ha nem az előbb emiitett aktivitáshányadból és számolással meghatározott egyéb paraméterek felhasználásával kapható meg [8, 9 ] . Ha a lassulási sűrűség közvetlenül a rezonancia felett q, akkor q/l-p/ neutron fogódik be rezonancián. Legyen L, a termikus és a rezonan cia-tartomány közötti ki-nem-szökési valószínűség, ekkor qpL, neutron termalizálódik, ennek /1-L / -szerese kiszökik, mint termikus neutron és qpL L fR fogódik be termikus neutronként. 2
1
2
5
R - /1 • I » / *
A közvetlenül mérhető
28 p
2 3 8
/"
1
hányadost a következőképpen definiál«
juk: .28 '
238 U eplkadmiumos befogásainak a száma 238 U szubkadmiumos befogásainak a száma
- 44 -
A felaktivált fóliák kadmiumviszonya /CR/ C R
=
A
/ A
cs b
ahol A és A. a csupasz, ill. a kadmiummal boritott N p239 * aktivitásait jelenti. c s
U
238
fóliák
b
4 J
28
*b A CS „ - A .Ь
P
1 CR-1
Az előbbiekből következik, hogy
28
=
w
q/l-p/ qpL,L fR 2
ш
__1-_Е pL,L fR 2
vagy p =
1 2-жl+LjLjfR Q
L. : ki-nem-szökési valószínűség a termikus és a rezonancia-tartomány között / L = e~ / I» : ki-nem-szökési valószínűség a termikus tartományban /L- = 1/1+L2 В2 / T B
2
2
A mérést а 18. ábrán megjelölt pozícióba helyezett, megfelelően preparált fűtőelemben végeztük el. A szegenyitett urán fóliák elhelyezése a fűtőelemben a 20. ábrán látható. A csupasz, ill. a kadmium boritásu fó liák egymástól 43 mm-re, a zóna középmagasságára szimmetrikusan voltak a besugárzáskor. Az ábrán csak a kadmium burkolásu részét mutatjuk a fütőelemnek, a Np239 aktivitásokat szcintillációs detektorral, 128 csatornás analizátor segítségével határoztuk meg, a következőképpen: A 21. ábrán látható a csupasz urán fólia gammaspektruma a besu gárzás befejezése után két különböző időpontban. /Az ábra csak szemlélte tés céljait szolgálja, ezért nem rajzoltuk be a többi mérés eredményét./ 137 144 Az ábrába berajzoltuk még a kalibráláshoz használt Cs és Cs vonalait is. A fóliák aktivitását 30 órán keresztül, válogatva mértük. A N p csúcs alatti terület kiszámításához a levonásra kerülő hátteret ugy határoztuk meg, hogy egy uránnal közvetlenül érintkező, hasadási termékeket gyűjtő fó239 liának is mértük a gammaspektrumát. /Erre a gyűjtő fóliára Np aktivitás nem került./ Feltéve, hogy a gyűjtő fólia aktivitásának az energia szerinti eloszlása ugyanaz, mint a szegenyitett urán fóliáké N p nélkül, a háttér239 csatornák normálása után a Np csúcs alatti háttér meghatározható. 2 3 9
2 3 9
- 45 -
жопа кожёрmagasság
fűtőelem
Al-cst
^dúsított U Cd
^ szeqémjitatt
U fólia Al-gyüjtofélia
polietilén cso AI-burkolat
20. ábra
- 46 -
j о
N Ki v
t o ->
\
II (S C5l *•»
«o ".Г> 4 M "I f->
c5 i.^
-o "ci -V
* / /
Г:
i I , V
'4 -
..,/' -
л **
§• 4>
uiozssainBq
• #....-•
• t
'»I
- 47 -
A csupasz és a kadmium borítású fóliák aktivitáshányada: A
A
=
cs' Cd
1
'
3 5
0 7
±°' "
amiből p
2 8
= 2,85 + 0,58
Л GRACE számításból P28 = 1,9287 adódik, és ez nem tekinthető jó egyezésnek. A GRACE számitás több izben adott mé résekkel jól egyező 5 és p spektrumparamétereket, ezért fel kell téte leznünk, hogy a nehezen kivitelezhető mérés hibája okozza az eltérést. p28 ismeretében a rezonancia-kikerülési valószinüség további mért, illetve számított mennyiségek felhasználásával határozható meg. Л rezonancia-kikerülési valószinüség meghatározásához szükséges egyéb felhasznált paraméterek /a forrás megjelölésével/ f
= 0,8064 /mérés/
В
« 0,1087 cm" /GRACE/ -1 * * 0,0559 cm /THERMOS/ = 0,002069 cm" /THERMOS/
1
235 it E
x
2 3 8
1
cl
R
« 0,03569
A 6 eV - 0,18 eV közötti tartományban a Fermi kor [*&] s
T 1,5 cm L = 0,982
о
x
A termikus tartományban a diffúziós hossz négyzetet a THERMOS szolgáltatja L L
2
2
* 2,85 cm
2
- 0,967
p • 0,928 Meg kell azonban jegyezni, hogy p értékét nem szokás mérések és számitások összevetésével felhasználni. Részben azért, mert közvetlenül nem mérhető, származtatása során számított mennyiségekre le szilkség van, más részt azért, mert a mérés céljára használt definieója nem egyezik meg pon tosan a szokásos elméleti definicóvál, amely viszont esetünkben a GRACE számítás alapja. Ez az utóbbi a magyarázata annak, hogy a mérés képletében a mért p helyett a számított értéket használva p értéke tovább távolodik a számítottól.
• TTTirag—ЯД.
i -
ii
1 . Г Г
I Ü ' I •'
•
i i
«i ш
-
- 48 -
IV. REAKTORFIZIKAI SZÁMÍTÁSOK
A ZR-5 rendszer reaktorfizikai számításait a KFKI reaktorfizikai számítási modelljével végeztük. A következő pontban röviden vázoljuk a mo dell lényegét, itt a számítási feladat főbb problémáira mutatunk rá. A ZR-5 rendszer viszonylag bonyolult felépitésü: - a fűtőelemek nem egyenletes rácsban helyezkednek el, han u 16osával kazettákban, - a kazettákon belül a rács a szabályozó és BV rudak csatornái miatt több helyen torzított, - a zónán belül több /vizes és levegős/ besugárzó csatom?, foqlal helyet, - sokféle anyag szerepel a rendszerben /hl, viz és grafit; reflek- '.r, levegő/, - bonyolult a zóna alakja, nincsen szimmetriája. Mindezek figyelembevételével a számitás menete vázlatosan a követ kező: - először csoportállandókat határozunk meg a különböző anyagokra /figyelembe vesszük, hogy а rács kazettákból áll/; - a zónán belül regulárisnak tekintjük a további számításokban, a rácstorzitás hatását külön számításból vett korrekciós görbe se gítségével szuperponáljuk; - hengeres geometriában az axiális fluxuseloszlást számítjuk, 2 ill. B -eket számítunk az axiális kifolyás figyelembevételére; - végül az egyes zónák pontos geometriai reprezentálása ХУ geometriá ban történik.
4.1
Reaktorfizikai számítási modell A reaktorfizikai számítási modell segítségével végzett számitások-
шЛ>
- 49 -
nak az a lényege, hogy alapvető adatokból /geometriai méretek, anyagi öszszetétel, hatáskeresztmetszetek/ kiindulva az elméleti összefüggések» alap egyenletek alkalmas közelítésének numerikus megoldásával jutunk a számított fizikai mennyiségekhez. A számítási modell használata azt is jelenti, hogy egységes közelitésrendszerrol van szó, amelynek keretében minden olyan meny nyi ség kiszámítható, amelynek az adott közelítésben értelme van. A KFKI reaktorfizikai számítási modelljének a leirását, ill. a ben ne szereplő egyes kódok részletes ismertetését a [lo - 1б] irodalmakban le het megtalálni. Az alábbiakban csak rövid összefoglalást adunk. A modellt alkotó kódok egymáshoz való viszonyát a 22. ábra szem lélteti. RYS1-SYSIPHUS a rendszert két dimenzióban /RZ vagy XY geometriában/ két csoport esetén max. 30OO rácsponttal fedi le és a geometriai adatokból és csoportállandókból meghatározza a neutronfluxust ezekben a rácspontokban, valamint a rendszer к --jét.* f
A csoportállandók számítása több lépésben történik. A termikus tartományban a THERMOS integrális transzport kódot használjuk, amely henge res elemi cellát képes kezelni. /21 rácspont, 15 energiacsoport: 0-1 eV kö zött./ A gyors csoport állandóit a GRACE nevű program szolgáltatja. Ez О dimenziós /aszimptotikus/ 40 csoport program. GRACE számára a rezonancia integrál', ill. a 40 csoport állandók rezonancia-járulékai számithatók RAo4, ill. RIFFRAFF kódokkal. A modellhez szervesen hozzátartozik a THERMOS, ill. GRACE-LIBRARY, amelyek hatáskeresztmetszeteket és belőlük származtatott mennyiségeket tar talmaznak a gyakorlatban használt elemekre.
4.2.
Előkészítő jellegű számitások /csoportállandók/
Termikus csoportállandók számítására először a kazetták belsejében lévő 17 mm P rácsot tekintettük. Az eguivalens területű hengeres cellát 12 rácsponttal irtuk le és 10 energiacsoportot használtunk, 0<E<0.625 eV. A vizben lévő hidrogén szórását a Koppel-Young féle modellel irtuk le /THERMOSban beépített lehetőség/. A program által meghatározott Ф/г,Е/ függvényt a 23. ábrán két pontban rajzoltuk fel: a fűtőanyag közepén és a moderátor közepén. Jól látható a két spektrum eltéréae. A 24. ábrán az energi ára integrált termikus fluxuseloszlás és neutronsürüeég-eloszláe látható. A termikus csoportállandók a hatáskeresztmetszetekböl Ф/г,Я/-уе1 való átla golással keletkeznek. Mellékeredményként a THERMOS szolgáltatja a termikus
csoportzLandók a GRACE számára N
THERMOS
RIFFRAFF]
ч
\Csopa-iatlQndok 4 nSiS/PHUS számár
.N
-x \
4 4
\
homogén számí tások
\.
GRACE V
4
4
-4l S
4
ч
iöbbrsgiós szám! tasak
RAM
^ \ ч
22. аЪга
ч
1
ч
.
ч
ч
ч
ч
- 51 -
Ю*
I
I
I
I
I t I II
I
I
I
I
I I I II
I
I I
^
'
ГГТТГ
4Ac •8» ю
I ° -V
S Ю'
moderátor közepén fűtőelem közepén
I,
Ю'
i . i i . i t i i[
i
..j,,
t.
/0'
i
i»i.ii
•
t
I
i
i l 1
Ю
€ (ev) 23.
ábra
- 52 -
ф(г) Г»
с
Ц (г)
А -
си
с; 3 -
•а
uivahns со lia sugar •. 0,5 V en) (17 mm U)
'•О
S
3! < НРО
в
4
24»
a hx» a
I
.1
Ю
If:
(mm)
53 -
hasznosítás és a termikus befogás neutronhozamának értékét: f ш 0.8021 П » 1.9859 A gyors csoport állandóit a különböző anyagokra a GRACE kód szol* gáltatja. A termikus csoport felső energiahatára, a THERMOS számítással össz hangban, 0.625 eV volt, ami azt jelenti, hogy 38 csoportban számoltunk: 37 gyors + 1 termikus. GRACE a zónaanyagban kritikus anyagi bucklingre történő iterálás sal határozza meg azt a spektrumot, amelynek segítségével a csoportállandók átlagolása történik. A spektrumot a 25. ábrán láthatjuk. A rezonancia-tarto mányt az un. BIGG tipusu kezeléssel [lo] vettük figyelembe. Az összes használt csoportállandót a jobb áttekinthetőség kedvéért a IV.I. táblázatban foglaltuk össze, itt csak azokat a mellékesen 4iadódó meny nyi ségeket adjuk meg, amelyeknek a mi számításainkban nincsen további szere pük. A 17 rom О
rács jellemző adatai:
e
00
kritikus buckling konverziós tényező gyorshasadási tényező rezonancia-elkerülés! valószínűség
в
ж
CR
ж
e P
» .
1.470055 0.108695 0.101295 1.01126 0.862745
Mérések céljára jól hozzáférhető spektrumparaméterek:
é « P P
2 5
2 8
2 5
2 8
•
0.05467 0.009556 0.1563 1.9287
Heflektor anyagokban energia-függő buck1inget használtunk az [10, 11] -ben leirt módon. A szabályozó és BV rudak körüli torzított rácsra külön állapítot tunk meg csoportéllanoókat megfelelő mérettt ekvivalens sugarú cella THERMOS számításával és ujabb GRACE számítással. «
Még a csoporté11andók számítójához tartozik a fűtőkötegek kazettás szerkezetének a figyelembevétele. A kazetták Al burkolatát és a kazetták közötti vizet nem látszott célszerűnek homogén módon a cellák anyagához ke-
- 54 -
IV í. Táblazab
ZJ?-fi azamitasokban (Valamennyi
Anyag
Cso port
hasznait
aeoportallandok
hataakeresztmetezet
D
l/cm-ben)
2
Z
a
Z
R
V E
f
EK-IO 17ramrács
1 2
1.2636 0.2O603
0.OO39459 0.072310
0.0308O2 0
Viz
1 2
L.1985 0.12095
O.0O063246 0.02030
0.059215 0
Grafit
1 2
1.4713 1.1617
O.000070341 0.0078766 0.0010100 0
Aluminium
1 2
2.4469 3.4654
0.00066959 0.013900
0.00025337 0
0 0
Aluminiumviz /fe.l ó-ban/ .
1 2
1.3681 0.15908
O.0O062O71 0.019970
0.044977 0
0 0
1.3702 0,2090
0.0035937 0.065943
O.03O73O 0
0 ,002840 О .10169
1.2798 0.22C6
0.0044737 0.07996
0.028415 0
0 .0036095 0 ,1318
Kazettás füt5 1 kötegekből álló zónaanyag 1 Torzított fütöelemráce 2 2
В z
0.0031799 0,,11520 0 О
О.0023 0.00222
0 0
0.002475 0.002475
0.002475 0.002475
«u «405 •
J
I
Fá atsscv TérmilntfcMporf
f / »útin ofcranj
Lr
-tf !•
01
400
4000
2b ibM
e*
*?'
47'
fW
- 56 -
verni, ezért a következő eljárást alkalmaztuk. Л. már emiitett csoportállan dókkal minden oldalon szimmetria-határfeltétellel 2 csoport SYSIPHUS számí tást végeztünk a 26. ábrán látható módon a "kazettarács" elemi cellájára /szimmetria-okokból annak egy negyedére/. A számítás eredményeképpen az egyes anyagi régiókra integrált fluxusértékekkel súlyozva átlagoltuk a régi ók csoportállandóit, igy kaptunk állandókat most már a kazettarácsból felé pített valódi zónaanyagra.
4.3.
Fluxuseloszlás és к ~, számitások
A viszonylag változatos különböző zónák a fűtőkötegek adottságai folytál* csak a XY irányokban térnek el egymástól, axiálisan egyformáknak tekinthetők. Ezért először hengeres számítást végeztünk grafittal reflektált zónára, ekvivalens, kb." kritikus átmérő mellett. Az ebből kapott axiális fluxusalakot fogadjuk el az Összes későbbi számítás során, ill. a belob2 illesztett В értékkel vesszük figyelembe az axiális kifolyást. Az axiális 2 irányú fluxuseloszlás a 27. ábrán látható, а В értékeket a csoport á11 amtáblázatában tüntettük fel. z
Ugyancsak hengeres számításból nyertük azokat a korrekciós qftrív•;•.••; , amelyek segítségével a rácstorzitás és szabályozó rudcsatornák jelenlét--í vesszük figyelembe az eredetileg regulárisként kezelt zónában. Olyan hcivb; tekintettünk, amelynek a közepén egy db szabályozó rudcsatorna van, körű •.«"•; te a valóságos viszonyokat közelítő, de hengeres külső határu tartományban torzított a rács, ezen kivül pedig reguláris. Számítást végeztünk olyan esetre, amikor a rudcsatornában viz van, és amikor a rudcsatorna száraz a kapott fluxusértékeket elosztottuk a mindenütt reguláris rácsban kapott flu xusokkal. A korrekciós görbéket a 28. ábra mutatja. Ilyen előkészítés után kerülhetett sor az XY geometriában pontos geometriai leírást lehetővé tevő tulajdonképpeni számításokra. Három zóna elrendezést számoltunk végig, közöttük természetesen a "VÉGLEGES" zónát. A másik kettőt "JÚNIUSI" zóna és "VIZES" zóna névvel jelöljük. A három zóna elrendezést a 29., 30. és 31. ábrákon láthatjuk; A -VÉGLEGES" zónára vonatkozó számítási eredményeket közöljük leg nagyobb részletességgel. A reaktor XY síkmetszetét 54 x 54-es ráccsal fed tük le, ami csoportonként 2916 pontot jelent. A rácspontokat a fluxuselosz lás várható görbületének megfelelően sűrítettük, ill. ritkítottuk. A "VÉGLE GES" zónában kialakított levegős besugárzó csatorna figyelembevételét nehezí tette az, hogy t diffúziós közelítés nem alkalmas levegős üregek tárgyalására. Néhány eredményt len próbálkozás után zérus logaritmikus derivált határfel-
- 57 -
СП
о с:
§ С: "О
-N
Ё
^
/
/
/
IN
/
-4
"I
/' /'
tr.'K-v - - . - - » _ . Ч,... V ^ .
-
•
•
-
-
- -г—
'
V— .* . . /
/'
i
• "
/
'
-
1
-
—
•
•
-
.
-
г•, . • • '
. . . »
•
•
1
i
<\ г -
!! 'Í '
Í ! :
;i
Cl
/' / '
f.»
*'
/
/
•'
'
^ '
'О ÍЛ I
гз •• »
/
/
••"
/
•' ', v /
ч
/ ' / / 'S '' / / '\ / ,' \ / / N / / / \ /
ч
о
Ч >-
/
/
V
•>л
г
WTgi
4^еа^-1Ш*-g
- 58 -
о •о
о"1
9
>
"»
•*>
епхпциоцпаи $тцшщ
«M
- 59 -
д.... i
4
1,lB
.»
.1_-Д—
3
СГП
2
m
•
1,00 0,98 0,96 0,94
vudcsolorno rácslorzilás korrekciós görbék:
0,92
0,90
'
^ /
—— szoroz csatorna —~~ vizes csotorno
OfiB •
- _l
J .
A
6
28, ábra
_- .L—
в
J
40 (cm)
-
A
W\
v
B
C
GO
D
E
F
G
H
\
i
\ <•
\
\
V-\—Ч-Ч.
a^XiT-.-^XJ
\ 4
2
v v
ш b^^trnX
-*r-\ 4.
/ S
'
A
УУА 'AY.
/,
w/
4
**ъ*
О
A> /SSA /
W Y- УУ/ША/У S
v 4
J |r-\-V-
A
Y
\4
V
4
* -
*4
4 5
УА
//.
6
7
в г:;.:.
Сл.\\'Л
ч
9
\Цу
• Viz
j 2 Fuloelem Ш Grofil
Ш leveoo 20, ah га
;
чшш
- 61 -
\
Ь
С
ч
---г
—-"ч
Ь
Е
F
G U ч*
• • - - ; -
V
\
ó> * '••
Ч
ч
V
/.
\
ч
"ч
3 ... *
.— __•*—V-'.-CAJ-
4
ф
$™sm / • ' . •
'
' s.S... А / • .I . .И»Ц»',.
•• /
у
5
У
'
•
/
,
6
у —•-к..-
у
v/Kt: .'и»«'^-
7
<£~
в:
\Х?
К '\
t-^LJL
4
~zlt\
X Viz
fűtőelem Grafit 30,
ábra
- 62 -
А
ВС
D
E
F
6
H
mviz
Fúlőelem 31,
abra
- 63 -
tétellel /lásd (12]/ sikerült jól leírni a lyuk körüli zónát. A "VÉGLEGES" zóna a számított konfigurációban pulzált módszer rel történt mérések szerint 0.91% reaktivitástöbblettel rendelkezett, a számításból к = 1.001585 adódott. Ennél nagyobb pontosság a használt számítási módszerrel nem igen érhető el, de a szükséges elhanyagolások és közelítések miatt amúgy is illuzórikus lenne. f f
Erre a "VÉGLEGES" zónára nagyszámú fluxusmérés is történt, a 32. - 41. ábrákon az egyes fütőköteg-sorok ill. oszlopok közepén áthala dó tengelyek mentén mért és számító't fluxuseloszlásokat ábrázoltuk. A zónatérképpel való összevetés teszi világossá ezeket az ábrákat* A vizes és levegős rud-csatornák mellett elhaladó tengel/ek mentén a torzítást a már emiitett korrekcióval vettük figyelembe, ezt rajzoltuk szaggatott vo nallal. A rud-csatornák helyét az ábrákon jelöltük: levegős csatornát üres, a vizeset satírozott nyíllal. Megfigyelhető, hogy ez a korrekció a legtöbb esetben rendkívül megjavítja a mérés és számítás egyezését, ugyan akkor a korrekciós módszer korlátait is mutatja az, hogy ez nem mindig ta pasztalható. /А К rud félig le volt engedve a mérések során, ezért а К csatorna hatása gyengébb./ A különböző időpontokban iitegis.nételt /különbö ző jelekkel ábrázolt/ mérések szórása jelzi a mérések feltételezhető pon tosságát, de szisztematikus hibák miatt inkább valamivel nagyobb hibát kell számításba venni. A számítás eredményeképpen a IV. fejeret elején jelzett összes pontban rendelkezésre állnak a termikus és a gyors csoport fluxusértékek. Két tengely mentén ábrázoltuk a számított gyors és termikus fluxusokat /42. - 43. ábra/. Gyors és termikus értékek összehasonlításánál figyelem be kell venni, hogy a két energiacsoport határa 0.625 eV-nál van. A RYS1-SYSIPHUS által számolt fluxusértékek 1 db forrásneutron ra vannak normáivá. A 10 kW üzemi teljesítményen várható fluxusértékeket 13 2 F = 2.11 x 10 -nál való szorzással kapjuk meg n/cm sec egységekben. Lát ható az ábrák alapján, hogy eszerint a zóna közepén mintegy 2.4 x 10 n/seersec fluxus maximum alakul ki, és kb. ezt az értéket érik el a besu gárzóhelyek csúcsértékei is /lásd I.fejezet/. Ugyanilyen részletességű számítást végeztünk a "JÚNIUSI" zóná ra és "VIZES" zónára is, de csak azokat a fluxusgörbéket tüntettük fel ábrákon, amelyekre mérés is történt. A "JÚNIUSI" zónában nagyméretű vizlyuk /neutroncsapda/ foglal helyet, az ezen átmenő tengely mentén mért és számított fluxueeloszláe a 44. ábrán látható /lásd I. fejezet/. A 45. áb ra a "VIZES" zóna két egymásra merőleges tengelye mentén mért és számi-
-„>**^.*\Ъ-.ФЪ
ó sor
42
3
— —
*YS1 számítás BYS4 korrigált számilos 1 fóliaoktivociö$ mérés
•
J0
1 1°
i
3
i
6 •
4 -
2 •
400 (cm)
I
- 65 -
3. l-l *S S 1 «о О -*•
| |
o
!
V.
О
45
«О
ем
$r\%n\\uoi)r)du Щ№&1
бб -
-з •1-6
§
а** ob S •«. _ о ^ 5 ^ • 40х
5
К
5 ID .N
Í5
"*• он*
<о
•о
»о
и. о:
•5
Л»
enxrifjuojinau епуиизц
- 67 -
I «О
3-3 E-i cl «О
•Í3
^
О
ох
о
щ
<0
Q
«о
(О
snxniJuojjnau snywj9i
«u
- 68 -
„«•»
I
3>
^ 4l
е
-8 8 О E 8 «0
">•
-Ас
N
5
О
w»
о
ОС
*«Н. о<к
5
Z О <0
-»•J
N
М>
fnxn/Juojjnau fp)fiujJBi
М
- 69 -
I« -И _
§
О
-в сч «9
8
AI
fnxn/Juojjnw tnyujjdj.
- 70 -
'is « - о
з о
Of
Q
«о
fOXn/juOJ/PBU
w
Щ1ШЩ
Л1
- 71 -
(uoj/r>w-$oJjoJi/m x) kntnjjuojfnau srvftauy
-
/2 -
smrijJuQjfnau srvftuuei
-
73 -
3* §
-§ П 52:| ck *fc чР
I о«к I I
i3
8
<*»
ч
fnxn/juojjn&u fmfiwjdi
- 74 -
-8 -
"5 ,
к
_.
„ . _ _
..
,.
- - — f~
••-
—_ж—
§
о N S
^*~
г>3
§
J«)
Х*з
ч »о V»— ^ ^ -
—
О
\
<9
S
'
— •
Я
*
ß
9
5f
tt
Q
1—
»
«0
$пщ}иоцпвц
J
1
NT
«W
— 1
- 75 -
Cl
и •о »а
Я % 3
8
* SnXnfjUOJfnfftf
- 76 -
(utfyfißftMs irfuayug) "snxnjjuojjnau Wjf/WMj
- 77 -
VIZES ZONA'
ГOSZlop I
tj «
j?KS/ - jzomt'ios
—
3 3 и
•
яK5< - korrigált
siómilos
meres
I"
-ч*
3
а
»Sí
г 70
9
„VIZES ZONA
3
l
viz 12
5. SOT
ZONA
4
(cm)
RYS1 -szómii as — - ffKS/-korrigáltjiómitos о mérés
viz
4 4
8 «о 3
i
8 6
4
Я? fcmj 45. abi»a
,,ц нищи
>*т**тщ4
ATiiiMfc
- 78 -
030 1
1
И
D
1
H
.^••x.
_^^T^.
ff) р п г
г? ,!чУчЛ.ЧЯ f T кЧчЧ'ЛЛЧЛ
1
li~n i il
у.
*V€.
/Í---
^^
irr~
4* !
/V
•
т
r-^i \
'/ / 1 '/ •,
i
K,
i
Í
i
l
>
1•
•
s
! !
1
1,
|
К i
4.1
1
i 1
.1 kJ
1
1 i: 1 |
f
72 i *a - .
.
f~ !
-
1' 1
05
0.5//
i
]I
[/
Aktiv jáno középsikja
!
/?)
1
\
i
\
i
68
..„ ° .
_ О
о
i
!
•О
i
i
О
с N -V
•
•
*
^ 4 4
•
H> •~i
•'
*o
ч '. 4 / «. s : >
'
11 1
•
1
4
•
4 4
,
4
—-__ .
5
'
4
.
угг/r/i
Л.-..Д K \ .'л чЛ. Л. ?
s 1
4
1
:i
1
n
V///A
4—J
4 V
9
1
1
v
^
* к .
u JL M
1 L 1 1 i~I i IF "I 0Ш1 V///A
s 4 4
1
4j^ ^ '/<
5 '••• •
»—
v — •
46.
*^.
ábra
\-
j ^
.-
1
Л
- 79 -
tott fluxuseloszlásokat mutatja. Mindkét zóna a mérés szerint kb. kritikus volt /0.5 $-on belül/ a számítás szerint a "JÚNIUSI" zónában k = 0.996818, a "VIZES" zónában pedig k = 0.992275. Q f f
ß f f
4.4.
Reaktivltásértékesség-számltások
RYS1-SYSIPHUS un. kritikussági kód, olyan X sajátértéket határoz meg, amellyel a XvZ, csoportéllandóju fiktiv fűtőanyaggal a rendszer kritikus. Ha X * 1 a rendszer tényleg kritikus, ha M Ь p = 1 - X a reaktivitás. Ennek felhasználásával tetszőleges zónaváltoztatás reaktivi tás-értékessége számitható. A "VÉGLEGES" zónában megvizsgáltunk néhány értékességet, ame lyeket már a II. fejezetben említettünk./A $ értékeket ß = 0.0075-tel számítottuk./ f f
A zóna közepén lévő levegős besugárzó lyuk vizzel való elárasz tásának hatását a számítás a méréstől igen eltérően adja /mérés: 0.20 $, számítás: 0.71 $/. A mérés pontosságát feltételezve, a levegős csatorna határfeltétellel való figyelembevétele nem látszik teljesen tökéletesnek. A zóna к ff számításánál teljesen megengedhető kb. 0.5 $-os hiba /k ff-ben 0.4 %!/, ha pl. túlnyomórészt ettől származik, már használhatat lanná teszi a levegős, ill. vizes csatorna pontos reaktivitás-értékességé nek a számítását. e
A rácstorzitás vizsgálatához végzett hengeres számitások к értékeinek különbségéből adódott a száraz BV csatornák vizzel való el árasztásának hatása +0.18 $-ra. f f
A D4 fütőköteg értékessége /vizre cserélve/ 4.8 $, tékessége pedig 2.0 $,
a D7 köteg ér
A közölt számítási eredmények alapján nyilvánvaló, hogy kritikus tömegek, fluxuseloszlások, nagyobb reaktivitás-értékességek meghatározása tökéletes biztonsággal végezhető reaktorfizikai számítási modell segítsé gével. Finomabb reaktivitás-effektusok eldöntése viszont csak méréssel old ható meg.
«о
IRODALOMJEGYZÉK
[1]
В.К. Simmons, J.S. King Nucl.Sci.Eng. 3. 595 /1958/
[2]
Z. Szabó: Pulsed Neutron Source for Reactor Physics, Nuclear Instruments and Methods 78, 199-205 /1970/
[з]
Liewers, magánjellegű információ /1969/
[i]
G. Kosály, J. Valkó: Investigation of the Area-Ratio Method of Pulsed Reactivity Determination, Journal of Nuclear Energy, 25_, 297-325 /1971/
[5j
L. Turi: Intracell Flux and Spectrum Measurements by Activation Method. Kernenergie, Э.* Ю/1966.,
[б]
A Manual of Reactor Laboratory Experiments. ANL-6990 /1965/ 12.14 old.
[7]
C.H. Westcott: Effective Cross Section Valuer, for Well-Moderated Tliornw! Reactor Spectra. AECL-llOl /1962/
[в]
E.T. Józefowicz: Determination of Epithermal Cell Parameter» in WWK-SM Critical Assembly Cores. IBJ.No. 919/IXA/PR
[9]
E.T. Józefowicz, L. Turi, J. Valkó: Neutron Density Microdistribution in the WWR-SM Unit Cell. Nukleonjka-TOM XIV-MR 11/69.
[lo]
Z. Szatmáry, J. Valkó, KFKI - 70 - 14 RPT
till
J. Valkó: RJT.I - THERMOS /megjelenés alatt/
[12]
Z. Szatmáry, J. Vigassy, KFKI •- 70 - 13 RPT
[13]
Z. Szatmáry, A. Bagyinszki, KFKI - 70 - 12 RPT
[14]
Z. Szatmáry, A. ttagyinszki, in the proceedings of the Seminar on Reactor Physics Calculations, 20-24 October 1969. Budapest, p.39.
[15]
Z. Szatmáry, J. Valkó, P. Vértes: Status Report on Reactor Physics Calculations, KFKI 1968.
[16]
Z. Szatmáry, J. Valkó, in the proceedings of the Seminar on Reactor Physics Calculations, 20-24 October 1969, Budapest, p.173.
[17]
Csöke Л., Czikó R., Elek A., Franki L., Kertész К., Simoriovits A., TANULMÁNYTERV a BMF- tanreaktorához csatlakozó aktivációs analitikai laboratórium besugárzó és mintatovábbitó csőpostáról.
Kiadja a Központi Fizikai Kutató Intézet Felel6s kiadóz Szabó Ferenc, a KFKI Reaktor kutatási Tudományos Tanácsának elnöke Szakmai lektort Gyimesi Zoltán Példányszám: 180 Törzsszám: 71-6166 Készült a KFKI sokszorosító üzemében, Budapest 1971. december hó
