3tom079

2. WYTWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ 160

Moc cieplna reaktora Q jest proporcjonalna do gęstości strumienia neutronów <!>. W stanie krytycznym przy k_a = 1 otrzymuje się <t> = const i dlatego moc cieplna Q jest ustalona na dowolnym poziomie, nie przekraczającym wartości znamionowej.

Efektywny współczynnik mnożenia neutronów można również przedstawić w postaci

k_cf = ap,k„    (2.139)

gdzie: tx_f — prawdopodobieństwo uniknięcia ucieczki neutronów prędkich; a, — prawdopodobieństwo uniknięcia ucieczki neutronów termicznych; k_m — współczynnik mnożenia neutronów w ośrodku nieskończonym, tj. w rdzeniu reaktora o wymiarach nieskończenie dużych.

Na rysunku 2.77 przedstawiono bilans neutronów w reaktorze wodnym ciśnieniowym typu PWR lub WWER. Na podstawie takiego bilansu można obliczyć współczynniki mnożenia k_v, i k_cf, przy czym k_ai określa się najczęściej za pomocą tzw. czleroczynnikowego wzoru Fermiego

k_a = epfy    (2.140)

w którym: e — współczynnik rozszczepienia prędkiego określający zwiększenie liczby neutronów wskutek rozszczepienia ²³⁸U przez neutrony prędkie; p — prawdopodobieństwo uniknięcia wychwytu rezonansowego, określające jaka część neutronów w czasie spowalniania nie ulega wychwytowi w ²³⁸U;/ — współczynnik wykorzystania neutronów termicznych, określający stosunek liczby neutronów termicznych pochłoniętych w paliwie do liczby wszystkich pochłoniętych neutronów termicznych; >\ — współczynnik reprodukcji neutronów rozszczcpicniowych, określający stosunek liczby neutronów rozszczepień io-wych do liczby neutronów termicznych pochłoniętych w paliwie.

Współczynniki podane we wzorze (2.140) zależą od następujących wielkości: e — stopnia niejednorodności reaktora; w reaktorze jednorodnym 8 = I, w niejednorodnym c > 1; w reaktorze wodnym ciśnieniowym e zależy od stosunku ilości uranu do ilości wody w rdzeniu (c = 1,0-r 1,1);

p — stosunku ilościowego moderatora do uranu w reaktorze — przy wzroście tego samego stosunku p się zwiększa; natomiast przy wzroście temperatury rdzenia p maleje (0 < _P < 1);

/    — stosunku ilościowego moderatora do uranu w reaktorze, ale przy wzroście tego

stosunku/maleje; ponadto/zależy od wzbogacenia uranu i zwiększa się ze wzrostem stopnia wzbogacenia (0 </< 1);

>1    — wzbogacenia uranu; dla uranu naturalnego ą = 1,34 i zwiększa się ze wzrostem

stopnia wzbogacenia (1,34 < p < 2,08).

Moc cieplna, wytwarzana w reaktorze jądrowym, zależy od energii przypadającej na jedno rozszczepienie jądra atomowego (ok. 200 McV) oraz od wydajności reakcji rozszczepienia, która jest funkcją gęstości strumienia neutronów <P. Z rozszczepienia jąder ²³⁵U otrzymuje się jednostkową moc cieplną q_u as 68-10⁹ kJ./kg. Wobec tego jednostkowe zużycie b_u czystego ²³⁵U, przypadające na 1 kW • h wytwarzaną w elektrowni jądrowej (wyrażone w kg/(kW • h)) jest określone wzorem

(2.141)

(2.142)

_h _ 3600 _    3600

W u 68- lO⁹^

albo po przekształceniu (wyrażone w g/(MW h))

0,053 b_u =-

>lEJ

przy czym t\m — całkowita sprawność elektrowni jądrowej.

Prędkie neutrony ucieczki

termicznych w    i Pu

Wychwyt neutronów termicznych w

Wychwyt rezonansowy

Pochłanianie w^Xe

_rPochłanianie w “⁵U lub Pu, prowadzące do rozszczepienia jąder atomowych

> Pochłanianie w moderatorze

i w materiałach konstrukcyjnych

Termiczne neutrony ucieczki

Pochłanianie w organach sterujących

> Pochłanianie w produktach rozszcze pienia bez trucizn reaktorowych

Pochłanianie neutronów

Rys. 2.77. Bilans neutronów w reaktorze wodnym ciśnieniowym Zaczerpnięto z [2.1]

¹1 Poradnik inżyniera elektryka tom 3