Курсовая рх. Федеральное агентство по образованию гоу впо Уральский государственный технический университет упи
 Скачать 390.5 Kb.
|
Общее количество израсходованного Pu-239:m (Pu-239) - m (Pu-239,tK) = 1022-537,3 = 484,7 кг. Количества плутония-239 на замену урана-235 (деление) и образование плутония-240 (захват) определим, разделив полученное количество израсходованного плутония-239 в отношении, равном отношению сечений деления и захвата:  т.о. израсходовано на деление Pu-239 – 356,61 кг израсходовано на захват Pu-239 (на образование Pu-240) – 128,09 кг Количество Pu-240, дожившего до конца кампании:  N240,t = 2,776·1026 шт.  = 110,7 кг, где М (Pu-240) = 240,0538 г/моль – молярная масса Pu-240[4]. Общее количество израсходованного Pu-240: m (Pu-240) - m (Pu-240,tK) = 128,09 – 110,7 = 17,39 кг.  т.о. израсходовано на деление Pu-240 – 1,799·10-3 кг израсходовано на захват Pu-240 (на образование Pu-241) – 17,39 кг; то есть, почти весь Pu-240 расходуется на образование Pu-241. Количество Pu-241, дожившего до конца кампании: N  241(tK) = 2,749·1025 шт.  = 11,01 кг, где М (Pu-241) = 240,0538 г/моль – молярная масса Pu-241[4]. Общее количество израсходованного Pu-241: m (Pu-241) - m (Pu-241,tK) = 17,39 – 11,01 = 6,38 кг.  т.о. израсходовано на деление Pu-241 – 4,674 кг израсходовано на захват Pu-241(на образование Pu-242) – 1,706 кг Результаты расчета эволюции изотопов Pu приведены в таблице 14. Таблица 14 Эволюция изотопов плутония во время кампании
Определение весового содержания продуктов деления (ПД). Примем, что на 1 кг сгоревшего U-235 образуется 1 кг продуктов деления. Тогда масса продуктов деления, с учетом того, что на 1 кг загруженного U-235 сгорает 537 г U-235 (из fifa) и что масса загрузки U-235 составляет 1505,2 кг, равна 1219,21 кг. 1219,21 / 48,1 = 25,35 г ПД / кг UО2. 1219,21 / 42,4 = 28,75 кг ПД / т U-мет. Определение коэффициента очистки топлива. В общем случае коэффициенты очистки и времена выдержки облученного топлива зависят от многих факторов, таких как тип реактора, тип топливного цикла, дальнейшее использование топлива, степень выгорания и ряда других. Тем не менее есть общие "моменты": выдержка облученного топлива желательна для полного завершения эволюции цепочки U-238 (n,, 2)... или Th-232(n,, 2)...; распада U-237 в урановом топливе; возможно более заметного снижения удельной активности облученного материала с целью избежать в последующем заметных радиационно химических осложнений при переработке топлива. Очистка дает возможность либо получить новое ядерное топливо для повторного использования, либо направить его (топливо) на другие цели (оборона, использование в народном хозяйстве). Реактор на тепловых нейтронах, гетерогенный, на природном (или слабообогащенном) топливе, с невысокой плотностью потока нейтронов и умеренным временем кампании (т.е. с малой степенью выгорания). Время выдержки лимитируется главным образом необходимостью исключить в будущем работу с ураном-237. Это ведет к временам выдержки порядка 80-100 дней. Коэффициент очистки определяется из основной посылки: активность топлива после радиохимической переработки не должна превышать активности "первичного" урана (на один - 2 распада ближайших дочерних, что дает удельную активность по -2,44·10+4 Бк/г).[1] При активности облученного ядерного топлива (Тохл =96 сут), равной 6,68 Ku/г U-мет (п. 2.4.1.2.) коэффициент очистки равен: Kоч = 6,68·3,7·1010 / 2,44·104 = 1,013·107. Определение изменения активности для 10 временных в абсолютных единицах (Бк) для цепочки с заданным А. Цепочку с А = 93 выписываем из [1]: 9336Kr → 9337Rb → 9338Sr → 9339Y → 9340Zr → 93m41Nb → 9341Nbстаб Таблица 15
Примечания: ветви, для которых приход или уход в соседние цепочки с большим/меньшим А составляет меньше 5% и для которых λ больше Λ*з не учитываются. Y: Λ*з = з·ср = 2,185·1013·0,078·10-24 = 1,704·10-12 с-1, так как для Y λ больше Λ*з, то реакцию захвата для него не учитываем. Zr: Λ*з = з·ср = 2,185·1013·2,52·10-24 = 5,506·10-11 с-1, так как для Zr λ меньше Λ*з, то реакцию захвата учитываем и необходимо рассчитать обобщенную константу распада: Λ = λ + Λ*з = 5,507·10-11 с-1, т.к. она нам пригодится для дальнейших расчетов. Sr: для стронция необходимо поправить значение независимого выхода, учитывая его приход из более тяжелой цепочки за счет β-распада с испусканием запаздывающего нейтрона 9437Rb: ηSrΣ = ηSr + ηRb*0,106 = 2,51·10-2 + 1,55·10-2·0,106 = 2,67·10-2, это значение мы в дальнейших расчетах будем принимать за независимый выход стронция. 9240Zrстаб: рассчитаем Λ*з для стабильного изотопа циркония из более легкой цепочки: Λ*з = з·ср = 2,185·1013·0,26·10-24 = 5,681·10-12 с-1, она нам также пригодится в дальнейших расчетах. За время кампании (tK = 765 сут). Накопление Kr Родоначальник цепочки – Kr является короткоживущим. Его активность через 13 секунд достигнет своей предельной величины, равной скорости его поставки, и после этого меняться не будет. Расчетная формула:  расчетный интервал времени 1-13сРезультаты расчета приведены в таблице 16. Накопление Rb Так как периоды полураспада криптона и рубидия отличаются не сильно, то накопление рубидия рассчитываем по двучленной формуле. Расчетная формула:  Расчетный интервал времени, учитывая что Т1/2(Rb) = 6,12 с выбираем от 1с до 1,2 мин. К этому времени скорость поставки рубидия сравнится со скоростью его распада и в дальнейшем меняться не будет. Этот интервал разбиваем на 10 точек. Результаты расчета приведены в таблице 17. Накопление Sr Так как период полураспада стронция больше 10-ти периодов полураспада криптона и рубидия, то примем, что скорость поставки стронция постоянна и состоит из собственного независимого выхода и суммы независимых выходов его предшественников. Расчетная формула:  Расчетный интервал времени – от 1,5 мин до 75 мин. Результаты расчета приведены в таблице 18. Накопление Y Аналогично стронцию, иттрий более долгоживущий, чем его предшественники. Скорость его поставки принимаем постоянной и считаем, что она состоит из суммы независимых выходов иттрия и всех его предшественников. Расчетная формула:  Расчетный интервал времени – от 80 мин до 96 ч. Результаты расчета приведены в таблице 19. Накопление Zr Цирконий накапливается за счет своей цепочки и за счет прихода из более легкой цепочки в результате реакции радиационного захвата стабильным 92-м цирконием. Поэтому накопление циркония рассчитываем по двум цепочкам: по своей и используя цирконий 92-й. По своей цепочке рассчитаем его аналогично иттрию, просуммировав все независимые выходы предшественников, а так как цирконий расходуется по двум направлениям: распад и захват, то используем обобщенную константу распада:  Накопление циркония за счет прихода из 92-й цепочки рассчитаем по двучленной формуле, взяв в качестве независимого выхода стабильного циркония-92 суммарный выход 92-й цепочки, так как все предшественники стабильного циркония короткоживущие:   где ηΣ – суммарный выход 92-й цепочкиΛZr – обобщенная константа распада Zr-93 Λ*з,Zr-92 – модифицированная константа радиационного захвата Zr-92 ηΣZr-93 – суммарный независимый выход циркония-93(по своей цепочке). Расчетная формула:  Расчетный интервал времени от 96ч до 150ч, т.к. Zr долгоживущий, то ограничимся 4-мя точками. Результаты расчета приведены в таблице 20. Накопление Nb Эволюция ниобия целиком зависит от его долгоживущего предшественника циркония, расчет также необходимо вести по двум цепочкам: по двучленной формуле по своей 93-й цепочке и по трехчленной формуле по цепочке 92Zr→93Zr→93mNb. Остальные рассуждения аналогичны рассуждениям при расчете циркония-93-го. По своей 93-й цепочке:  По второй цепочке:  Пояснения к формулам те же, что и к формулам для циркония. Расчетная формула:  Расчетный интервал тот же, что и для циркония. Результаты расчета приведены в таблице 21. За время выдержки (Тохл = 96 сут) К моменту выгрузки радионуклиды цепочки А = 93 будут иметь характеристики, представленные в таблице 22. Таблица 22. Исходные данные для расчета эволюции цепочки с массовым числом А = 93 при выдержке ТВЭЛов
Эволюцию цепочки во время выдержки рассчитаем по уравнению Бейтмана, в соответствии с которым для цепочки вида: N1 N2 N3 Nj Ni , Е  сли принять, что при t =0 N1 = N01, a N2 = N3 = ...Nj...= Ni = 0, то справедливо: Распад Кr Кr – короткоживущий радионуклид. Его распад считаем по простейшей формуле:  Расчетный интервал времени от 1с до 13с. Результаты расчета приведены в таблице 23. Распад Rb Расчетная формула: В виду малого отличия в периодах полураспада распад рубидия считаем по двучленной формуле:  Расчетный интервал времени от 1 с до 62 с. Результаты расчета приведены в таблице 24. Распад Sr Так как Sr – более долгоживущий, чем его предшественники, то формулу Бейтмана можно упростить, просто просуммировав начальные числа ядер предшественников и стронция. Расчетная формула:  Расчетный интервал времени от 1 с до 4390 с. Результаты расчета приведены в таблице 25. Распад Y Для него рассуждения аналогичны рассуждениям для стронция. Расчетная формула:  Расчетный интервал времени от 1 с до 344880 с. Результаты расчета приведены в таблице 26. Распад Zr Так как цирконий гораздо более долгоживущий, чем его предшественники, то расчет ведем по простейшей формуле, при этом даже не учитывая начальные числа ядер его предшественников, т.к. они не внесут особого вклада в эволюцию циркония. Расчетная формула:  За небольшое по сравнению с периодом полураспада циркония время выдержки его активность не изменится и для построения графика можно ограничится 4-мя точками. Результаты расчета приведены в таблице 27. Распад Nb Эволюция ниобия будет полностью определятся его долгоживущим предшественником, поэтому расчет ведем по двучленной формуле Бейтмана, учитывая коэффициент ветвления 0,95. Расчетная формула:  Точек для построения графика возьмем 5, чтобы попытаться зафиксировать момент сближения активностей циркония и ниобия. Результаты расчета приведены в таблице 28. Таблица 16.Накопление Kr
Таблица 17.Накопление Rb
Таблица 18.Накопление Sr
Таблица 19.Накопление Y
Таблица 20.Накопление Zr
Таблица 21.Накопление Nb
Таблица 23.Распад Kr
Таблица 24.Распад Rb
Таблица 25.Распад Sr
Таблица 26.Распад Y
Таблица 27.Распад Zr
Таблица 28.Распад Nb
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||