Základy fyziky jaderných reaktorů

Garant předmětu:

Jan Frýbort

Přednášející:

Jan Frýbort, Lenka Frýbortová

Cvičící:

Jan Frýbort, Lenka Frýbortová

Předmět zajišťuje:

katedra jaderných reaktorů

Anotace:

Přednášky začínají popisem základů struktury mikrosvěta na úrovni elektronů, protonů a neutronů. Následuje popis jaderných reakcí. Největší pozornost je věnována reakcím neutronů s jádry látkového prostředí. Štěpení těžkých jader je základem pro provoz jaderných reaktorů. Studenti se seznámí s podmínkami pro uskutečnění štěpné řetězové reakce, výtěžkem štěpných produktů ze štěpení a uvolněnou energií při reakci. Dále jsou rozebrány jednotlivé nejdůležitější typy jaderných reaktorů včetně kompletního schématu jaderné elektrárny s lehkovodním reaktorem. Výpočetní analýza homogenních jaderných reaktorů a difúzních prostředí vychází z aplikace difúzní rovnice odvozené na základě platnosti Fickova zákona. Shrnuty jsou také rozdíly mezi homogenními a heterogenními reaktory.

Požadavky:

-

Osnova přednášek:

1. Atomová a jaderná fyzika - 1 přednáška

Popis struktury jádra, vazebná energie, silové působení mezi nukleony. Energetické hladiny jádra, excitované stavy. Stanovení atomové hustoty látek.

2. Neutronové interakce- 3 přednášky

Neutronových interakce s jádry. Definice mikro- a makroskopického účinného průřezu. Závislostí účinných průřezů na energii pro různé izotopy. Štěpení těžkých jader, výtěžky a energetická bilance. Hustota toku neutronů.

3. Jaderné reaktory - 1 přednáška

Definice základních pojmů důležitých pro provoz jaderného reaktoru. Ukázka jednotlivých jaderných reaktorů rozdělených podle typu paliva, moderátoru a chladiva. Konstrukce paliva zápanních (PWR) i východních typů (VVER) tlakovodních reaktorů. Schéma jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem.

4. Difúze neutronů a zpomalování - 5 přednášek

Odvození difúzní rovnice na základě Fickva zákona. Okrajové podmínky pro její řešení. Bilance neutronů v definovaném systému. Difúzní prostředí a jejich třídění z hlediska vlastností. Výpočty hustoty toku neutronů v definovaých systémech.

5. Holé homogenní reaktory, reaktory s reflektorem a heterogenní reaktory - 2 přednášky

Koeficient násobení a reaktivita pro nekonečnou i konečnou soustavu se štěpným materiálem. Použití difúzní teorie k výpočtu holého reaktoru. Významu reflektoru. Rozdíly mezi heterogenními a homogenními reaktory.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Studenti získají znalosti o vlastnostech difúzních prostředí a štěpných a štěpitelných materiálů. Seznámí se stacionárním řešením hustoty toku neutronů a výkonu reaktoru.

Schopnosti:

Studenti jsou připraveni stanovit složení materiálů nezbytné pro všechny analýzy prováděné v reaktorové fyzice, provádět výpočty rozložení hustoty toku neutronů v jednoduchých geometriích s pomocí difúzní rovnice. Jsou také připraveni extrapolovat získané znalosti na pokročilejší úlohy.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

1. Lamarsh J.R., Baratta A.J.: Introduction to Nuclear Engineering, Prentice Hall, New Jersey, 2001.

2. Zeman J.: Reaktorová fyzika 1 a 2, Vydavatelství ČVUT, Praha 2003.

Doporučená literatura:

3. Heřmanský B.: Dynamika jaderných reaktorů, Vydavatelství ČVUT, Praha, 1983.

4. Reuss P.: Neutron Physics, EDP Sciences, Les Ulix Cedex A, Francie, 2008.

5. Duderstadt J.J., Hamilton L.J.: Nuclear Reactor Analysis, John Wiley & Sons, USA, 1976.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost VH:L244 Frýbort J. 09:00–10:50 (přednášková par. 1) Trója, těžké laboratoře, V Holešovičkách 2 učebna KLFF v Tróji
Út
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: