Základy fyziky jaderných reaktorů

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

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. Je popsána pravděpodobnost uskutečnění daných reakcí vyjádřená účinným průřezem v závislosti na energii neutronu. 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 difuznich prostředí vychází z aplikace difuzni rovnice odvozené na základě platnosti Fickova zákona. Studenti se naučí analyticky stanovit hustotu toku neutronů v difuznich prostředích, homogenních reaktorech a reaktorech s reflektorem. Shrnuty jsou také rozdíly mezi homogenními a heterogenními reaktory.

Požadavky:

-

Osnova přednášek:

1. Atomová a jaderná fyzika - 3 přednášky

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 - 2 přednášky

Definice základních pojmů důležitých pro provoz jaderného reaktoru. Ukázka jednotlivých jaderných reaktorů rozdělených podle typu paliva, moderátoru a chladiva.

4. Difúze neutronů a zpomalování - 6 přednášek

Odvození difúzní rovnice. Okrajové podmínky. Bilance neutronů v definovaném systému. Difúzní prostředí. Výpočty hustoty toku neutronů v konečných i nekonečných difúzních prostředích v závislosti na vzdálenosti od zdroje neutronů.

5. Holé homogenní reaktory, reaktory s reflektorem a heterogenní reaktory - 6 přednášek

Koeficient násobení a reaktivita pro nekonečnou i konečnou soustavu se štěpným materiálem. Holý homogenní nemoderovaný reaktor. Odvození jednogrupové a dvougrupové difúzní rovnice. Významu reflektoru. Rozdíly mezi heterogenními a homogenními reaktory.

6. Časově závislý reaktor - 2 přednášky

Definice dlouhodobé, střednědobé i krátkodobé kinetiky. Vyhořívání paliva. Vliv 135Xe a 149Sm na reaktivitu. Bodové rovnice kinetiky reaktoru. Vliv a význam zpožděných neutronů.

7. Vývin tepla v jaderných reaktorech - 2 přednášky

Souvislost mezi hustotou toku neutronů a vývinem tepla v jaderném reaktoru. Profil výkonu po výšce i průřezu paliva.

8. Základy dozimetrie a ochrany před zářením - 2 přednášky

Definice základních dozimetrických veličin. Radiační a tkáňové váhové faktory pro výpočet ekvivalentní a efektivní dávky. Ochrana před zářením.

Osnova cvičení:

Obsah cvičení doplňuje látku probíranou na přednáškách o konkrétní výpočty.

1. Výpočet atomové hustoty.

2. Neutronové interakce, 2 cvičení.

3. Difúze neutronů, 3 cvičení.

4. Řešení holých homogenních reaktorů a reaktorů s reflektorem, 5 cvičení.

5. Bodová kinetika jaderného reaktoru, 1 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 i s kinetikou časových změn výkonu v krátkodobém i dlouhodobém časovém horizontu. Studenti se dozvědí základy dozimetrie a ochrany před zářením.

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 v jednogrupovém i dvougrupovém přiblížení. 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:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: