Základy fyziky jaderných reaktorů 2

Garant předmětu:

Přednášející:

Jan Frýbort, Lenka Frýbortová

Cvičící:

Jan Frýbort, Lenka Frýbortová

Předmět zajišťuje:

katedra jaderných reaktorů

Anotace:

Předmět navazuje na 17ZAF1 a rozšiřuje aplikaci difuzní teorie, odvozené na základě platnosti Fickova zákona, na homogenní reaktory. Analýze holých homogenních reaktorů a homogenního reaktoru s reflektorem je věnovaná většina přednášek. Při odvození a výpočtech jsou uvažovány základní typy geometrie - deska, koule a válec. Studenti se naučí analyticky stanovit hustotu toku neutronů pro jednotlivé oblasti (aktivní zóna a reflektor) a energetické grupy, na základě kritických rovnic se učí stanovit kritické množství štěpného materiálu nebo kritické rozměry aktivní zóny. Aplikovatelnost difuzní teorie je diskutována i pro rychlé reaktory a jsou diskutovány rozdíly mezi tepelnými a rychlými reaktoru.

Prostor je věnován také regulaci reaktoru a analýzám regulačních tyčí a jsou shrnuty rozdíly mezi homogenními a heterogenními reaktory.

Požadavky:

absolvování předmětu 17ZAF1

Osnova přednášek:

1. Difuzní teorie reaktoru

Rozsah: 9 přednášek

Obsah přednášky (přednášek):

obecná difuzní rovnice a její podmínky řešení - hustota toku a hustota proudů neutronů, Fickův zákon; definice difuzní rovnice jaderného reaktoru - deskový reaktor, kulový reaktor, válcový reaktor, koeficient nevyrovnání výkonu, přehled parametrů základních geometrií; kritické rovnice reaktoru - jednogrupová kritická rovnice, dvougrupová kritická rovnice pro tepelné reaktory, modifikovaná jednogrupová kritická rovnice; reaktory s reflektorem - jednogrupová a dvougrupová metoda; časově závislá difuzní rovnice; rychlé jaderné reaktory, energetická závislost hustoty toku neutronů

2. Kinetika a dynamika jaderných reaktorů

Rozsah: 1 přednáška

Obsah přednášky (přednášek):

kinetika reaktoru - dlouhodobá kinetika, vyhořívání paliva, střednědobá kinetika, krátkodobá kinetika, bodová kinetika; dynamika reaktoru - teplotní změna reaktivity, vliv na koeficient násobení a jeho složky, teplotní koeficienty reaktivity (izotermický, moderátorový, dutinový a Doppler); teplotní závislost difuzních parametrů - difuzního koeficientu, difuzní délky, Fermiho stáří neutronů

3. Zpomalování neutronů bez absorpce

Rozsah: 1 přednášky

Obsah přednášky (přednášek):

Zpomalování na vodíku, zpomalování v prostřední s A>1, spektrum zdroje neutronů, zpomalování ve směsi jader

4. Regulační tyč

Rozsah: 1 přednáška

Obsah přednášky (přednášek):

vliv regulační tyče; analýza centrální regulační tyče - vývoj návrhu regulační tyče, váha regulační tyče, jednogurpový a dvougrupový výpočet; excentrická tyč; prstenec regulačních tyčí; regulační tyč rychlého reaktoru; regulace reaktoru

5. Heterogenní reaktory

Rozsah: 1 přednáška

Obsah přednášky (přednášek):

kvazihomogenní reaktor, heterogenní reaktor - definice jednotlivých koeficientů a koeficient násobení v heterogen. reaktoru

Osnova cvičení:

Součásti předmětu jsou cvičení. Rozsah cvičení předepsaný studijními programy je 6 cvičení (frekvence 1x za 14 dní).

V průběhu cvičení studenti řeší různé varianty aplikace difuzní teorie. Výpočty se především zaměřují na stanovení rozložení hustoty toku neutronů v aktivní zóně i v reflektoru a stanovení kritických rozměrů aktivní zóny nebo kritické hmotnosti paliva.

Výpočetní postupy jsou formou vzorových příkladů demonstrovány i v rámci přednášek, případně jsou 2-3 přednášky nahrazeny cvičením. U řešení těchto vzorových příkladů je kladen větší důraz na propojení s teorií a aplikaci všech předpokladů a využití okrajových podmínek, aby studenti pochopili všechny souvislosti.

Cíle studia:

Znalosti: podrobné znalosti difuzní teorie a její aplikace na základní geometrie homogenního reaktoru, výpočet reaktoru s reflektorem a pochopení rozdílů homogenního a heterogenního uspořádání aktivní zóny.

Schopnosti: orientace v dané problematice, schopnost kriticky posuzovat použité postupy analýzy a kriticky hodnotit výsledky s ohledem standardní neutronově fyzikální charakteristiky aktivní zóny.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

1. John R. Lamarsh, Anthony J. Baratta, Introduction to Nuclear Engineering, Prentice FRÝBORT, Jan, Lenka HERALTOVÁ a Milan ŠTEFÁNIK. Úvod do reaktorové fyziky: teorie a cvičení. 1. vyd. V Praze: ČVUT, 2013. 120 s. ISBN 978-80-01-05322-5

2. LAMARSH, John R. Introduction to nuclear engineering. 3rd ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, C2001. xv, 783 s. ISBN 0-201-82498-1.5

3. HEŘMANSKÝ, Bedřich. Jaderné reaktory. Praha: SNTL, 1981. 271 s

4. ZEMAN, Jaroslav. Reaktorová fyzika 1. Dotisk 2. přeprac. vyd. Praha: ČVUT, 2003. 203 s. ISBN 80-01-01933- 0

ZEMAN, Jaroslav. Reaktorová fyzika. 2. Vyd. 3. Praha: ČVUT, 2001. 147 s. ISBN 80-01-02337-0

Doporučená literatura:

1. DOE Fundamentals Handbooks - Nuclear Physics and Reactor Theory, Vol. 1 a Vol. 2 , dostupné online

2. REUSS, Paul. Neutron physics. 1st ed. Les Ulis Cedex: EDP Sciences, 2008. xxvi, 669 s. ISBN 978-2-7598-0041-4

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: