Расчет ядерной плотности и макроскопических сечений взаимодействия нейтронов с топливом и конструкционными материалами энергетических реакторов

жүктеу/скачать 58 Kb.

Дата	07.07.2016
өлшемі	58 Kb.
	#182082
түрі	Задача

Цель практических занятий
Макроскопическое сечение

СЕМИНАР 4

Расчет ядерной плотности и макроскопических сечений взаимодействия нейтронов с топливом и конструкционными материалами энергетических реакторов.

Цель практических занятий: подготовка данных для нейтронно-физического расчета элементарной ячейки ТВС энергетических реакторов.
Ядерная плотность любого элемента определяется его удельным весом () и атомной массой (М):

_я= N_a/M (1)

Если материал представляет собой гомогенную смесь разных элементов с массовой концентрацией С_j (сплав), ядерная плотность j–го компонента равна:

_я_j= С_j_смN_a/M_j (2)

Для химических соединений с молекулярной массой М_мол ядерная плотность любого компонента равна:

_я= k_jNa/M_мол (3)

В последнем выражении k_j — количество атомов j – ого компонента молекулы.
Задача 1

Определить ядерную плотность циркония.

Решение.

Атомный вес циркония — 92, плотность — 6,45 г/см².

Согласно (1) _я= 6,45^.6^.10²³/92 = 4,19 10²²

Ответ: ядерная плотность циркония равна 4,19 10²² 1/см³.
Задача 2

Определить содержание ядер урана и кислорода в диоксиде урана.

Решение.

Плотность диоксида урана — 10,6 г/см³. В молекуле UO₂ один атом урана и два атома кислорода. Молекулярная масса равна: 238+32=270.

Число молекул в см³ равно 10,6^.6^.10²³/270 = 2,4^.10²² 1/см³.

Ответ: в одном кубическом сантиметре диоксида урана содержится 2,4^.10²² атомов урана и 4,8^.10²² атомов кислорода.

Задача 3

Определить ядерную плотность ²³⁵U в диоксиде урана с обогащением 5%

Ответ: _я=0,05*2,4^.10²²= 1,2^.10²¹1/см³.
Задача 4

Определить ядерную плотность циркония и ниобия в славе Zr + 1%Nb.

Для решения используется соотношение 2.

Ответ: содержание циркония 4,1 10²² 1/см³, содержание ниобия 4,2^. 10²⁰ 1/см³.
Макроскопическое сечение i — ого процесса (деление ядер, захват нейтрона и т.д.) равно:

_i=_я_i

Макроскопическое сечение взаимодействия смеси изотопов или элементов равно сумме парциальных макроскопических сечений.
Задача 5

Определить макроскопические сечения деления, радиационного захвата и полное сечение диоксида урана обогащением 5% в спектре тепловых нейтронов.

Решение.

Из решения предыдущих задач получено:

ядерная плотность ²³⁵U — ⁵ = 1,2^.10²¹1/см³;
ядерная плотность ²³⁸U — ⁸ = 2,28^.10²²1/см³;
ядерная плотность ¹⁶О — ^О=4,8^.10²²1/см³.

Сечения деления (_f): ²³⁵U — 582 барн;

Сечения радиационного захвата(_f) : ²³⁵U — 98,6 барн;²³⁸U — 2,7 барн; сечением радиационного захвата кислорода можно пренебречь.

Макроскопическое сечение деления: _f = 584^.10^-24. 1,2^.10²¹=0,7 1/см

Макроскопическое сечение захвата:

_с = 98,6^.10^-24. 1,2^.10²¹+2,7^.10^-242,28^.10²²=0,18+0,062 = 0,224 1/см

Полное сечение взаимодействия: _а = 0,924 1/см.

Задача 6.

Определить скорость реакций деления и пробег нейтрона в диоксиде урана, используя данные предыдущей задачи. Плотность тепловых нейтронов равна 5^.10¹³ 1/см²с.

Ответ: Ф=3,510¹³ дел/см³с; =1,1 см.

Задача 7.

Заполнить таблицу:

Соединение	Плотность, г/cм³	Ядерная плотность урана, 1/см³	Макроскопическое сечение деления, 1/см
U	18, 9
UAl₆	6, 0
UO₂	10, 97
UC	13,6
UN	14,3
U₃Si	15,6
U₆Ni	17,6
U₆Fe	17,7
Pu	19.81
РuO₂	11,46
РuС	13,60
РuN	14,23

Обогащение урана — 5%.

Задача 8.

Заполнить таблицу:

Материал	Плотность , г/см³	Ядерная плотность, 1/см³	Макроскопическое сечение захвата нейтронов 1/см
Алюминий	2,7
Цирконий	6,45
Нержавеющая сталь	7,95

Состав стали:

Сталь	С	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Nb	Mo	B	V
Х16Н15М3Б (ЭИ847)	0,04–0,07	0,53–0,72	0,18–0,4	0,009–0,018	0,004–0,007	16,05–16,16	14,75–15,2	0,45–0,56	2,83– 3	 0,003	–
Х16Н15М3БР (ЭП172)	0,07–0,08	0,38–0,53	0,06–0,34	0,009–0,012	0,007–0,02	15,6–16,2	14,6–15,1	0,68–0,84	2,8–2,84	0,005–0,03	–
Х13М2БФР (ЭП450)	0,12	0,45	0,2	0,013	0,009	13,3	0,28	0,45	1,62	0,004	0,3

Для сталей считать ядерную плотность всех элементов в отдельности. При решении задачи пользоваться справочником по ядерным сечениям.

жүктеу/скачать 58 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: