Коэффициента восстановления

Химическая инертность гелия и возможность высокой степени его очистки от примесей в контуре опытных реакторов ВГР позволяют использовать в качестве оболочек твэлов не только нержавеющие стали, но и ванадий, пироуглерод, карбид кремния и другие керамические материалы [21]. По-видимому,, одно из основных преимуществ применения гелия — это возможность использовать в качестве топлива карбиды урана и плутония, что сулит существенное увеличение коэффициента воспроизводства по сравнению с окисным топливом. Нулевая активация гелия, отсутствие существенного замедления им быстрых нейтронов при прохождении через активную зону реактора БГР, а также успешное решение задачи удержания продуктов-деления в микротвэлах с керамическими защитными слоями при больших значениях глубины выгорания и возможность непосредственного охлаждения микротвэлов газовым теплоносителем — все эти положительные факторы позволяют реактору БГР конкурировать с реактором-размножителем БН. Основной недостаток гелиевого теплоносителя по сравнению с натриевым — трудности отвода тепла остаточного тепловыделения в аварийных ситуациях при потере герметичности основным

В ИАЭ им. И. В. Курчатова и МО ЦКТИ им. И. И. Ползу-нова были выполнены оптимизационные расчеты по выбору геометрических размеров и относительной толщины покрытия из карбида кремния микротвэлов реактора БГР-1200. При увеличении толщины покрытия увеличивается глубина выгорания ядерного горючего, но происходит смягчение спектра нейтронов и уменьшение коэффициента воспроизводства. Оптимальная относительная толщина покрытия из карбида кремния, обеспе-чивающая_ достижение минимального времени удвоения (~5 лет), для сердечников из карбида уран—плутония получилась равной 0,05—0,07 диаметра сердечника [25].

Авторы данного исследования также не пришли к определенному мнению по этому вопросу, поскольку оценки будущей стоимости имеют весьма разноречивый характер. Вероятно, развитие технологии переработки отработавшего в реакторе LWR топлива только с экономической точки зрения не оправдано. Однако, если в какой-либо стране принимается решение о необходимости развивать переработку радиоактивных отходов или подготовку к программе создания реакторов БН, переработка отработавшего на тепловых реакторах топлива может дать большой экономический эффект. Если будущее усовершенствование реакторов LWR приведет к росту коэффициента воспроизводства плутония и глубины выгорания урана, экономическая привлекательность такого замкнутого топливного цикла с реакторами на тепловых нейтронах значительно увеличится.

'95. Усачев Л. Н. Теория возмущений для коэффициента воспроизводства и других отношений чисел различных процессов в реакторе. — Атомная энергия, 1963, т. 15, вып. 6, с. 472.

Третье поколение газоохлаждаемых реакторов — высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы на тепловых нейтронах (ВГР, в зарубежной литературе HTGR, HTR, THTR) характеризуется использованием: топлива в виде микрочастиц карбидов или окислов с покрытием пиролитическим углеродом и карбидом кремния; графита в качестве замедлителя и конструкционного материала активной зоны; инертного теплоносителя. Отсутствие в активной зоне материалов, значительно поглощающих нейтроны, высокая допустимая температура топлива и графита и конструкция тепловыделяющих элементов обеспечивают достижение высоких значений коэффициента воспроизводства, удельной мощности топлива и объема активной зоны, глубины выгорания и температуры теплоносителя.

уменьшения расхода природного урана за счет повышения коэффициента воспроизводства топлива в реакторах, в частности при переходе от окисного к более плотным его видам;

К недостаткам UO2 как топлива для реакторов на быстрых нейтронах следует отнести значительное влияние присутствующего в диоксиде кислорода на замедление быстрых нейтронов, что приводит к некоторому снижению коэффициента воспроизводства топ- . лива.

Наибольший эффект (до 12%) может быть получен при применении металлического топлива в тяжеловодных реакторах и в реакторах на быстрых нейтронах, где можно ожидать увеличения коэффициента воспроизводства ориентировочно на 0,15—0,20 за счет меньшего смягчения спектра нейтронов и большей плотности топлива.

Главная же особенность использования уран-плутониевого топлива в РБН состоит в том, что в его активной зоне процесс деления ядер быстрыми нейтронами сопровождается большим выходом (на 26—27 °/о) вторичных нейтронов, чем в РТН (при делении M9Pu v=2,9-^3,l против v = 2,43 при делении 235U). Это создает основную предпосылку для получения высокого значения коэффициента воспроизводства (КВ>1) и обеспечивает расширенное воспроизводство ядерного топлива в реакторах-размножителях.

Темпы строительства и ввода в эксплуатацию мощностей АЭС с реакторами на быстрых нейтронах по возможностям обеспечения их плутониевым топливом зависят от темпа (скорости) наработки плутония, который определяется временем удвоения Т ч топлива. Время удвоения зависит от двух параметров: избыточного коэффициента воспроизводства (ИКВ = КВ—1) и времени внешнего топливного цикла Гвн, которое должно быть по возможности малым.

К недостаткам UO2 как топлива для реакторов на быстрых нейтронах следует отнести значительное влияние присутствующего в диоксиде кислорода на замедление быстрых нейтронов, что приводит к некоторому снижению коэффициента воспроизводства топ- . лива.

Повышение коэффициента восстановления обеспечивается путем использования материалов контактных пар с пониженными вязко-пластическими свойствами, например закаленных подшипниковых с 1 алей и т. п. Кроме того, следует уменьшать сопротивление при колебаниях массы гасителя относительно корпуса. Хорошие результаты дает использование сферических тел.

Повышение коэффициента восстановления обеспечивается путем использования материалов контактных пар с пониженными вязко-пластическими свойствами, например закаленных подшипниковых сталей и т. п. Кроме того, следует уменьшать сопротивление при колебаниях массы гасителя относительно корпуса. Хорошие результаты дает использование сферических тел.

Зависимость коэффициента восстановления

Значение коэффициента восстановления принимается по литературным данным или определяется специальными опытами. Для газа при заданной форме тела коэф-244

Для воздуха коэффициент восстановления г при продольном обтекании пластин, цилиндров и конусов, как показывают опыты, имеет следующие значения: при ламинарном пограничном слое г = 0,84 ± 0,02 [Л. 98], при турбулентном пограничном слое г = 0,89±0,03. На рис. 10-2 показаны опытные данные [Л. 106] при продольном обтекании пластины потоком воздуха. При поперечном обтекании проволок в области чисел Re = 104ч- 105 величина коэффициента восстановления г = 0,92. При турбулентном дозвуковом и сверхзвуковом течении воздуха внутри трубы коэффициент восстановления лежит в пределах г = 0,85 н- 0,89. Для тел более сложной формы значения г определяются экспериментальным путем.

Величина коэффициента восстановления ' г Для тел простой формы поддается теоретическому расчету.

При турбулентном течении в пограничном слое или в трубах приближенный расчет коэффициента восстановления может быть проведен, например, на основе представлений гидродинамической теории теплообмена (см. § 10-1) путем ее обобщения на условия течения потока с высокими скоростями. Рассмотрим этот метод расчета теплообмена на основе аналогии Рейнольдса подробнее.

Таким образом, расчет по обобщенной аналогии Рейнольдса приводит к уравнению для теплоотдачи (10-14) и позволяет найти приближенное выражение (10-15) для коэффициента восстановления в турбулентных потоках.

Отношение w'/w обычно составляет величину примерно 0,5—0,6; поэтому (w'/w)* может быть принято равным примерно 0,3. Подставляя в (10-15) это значение, находим для воздуха (Рг=0,7) величину коэффициента восстановления /"=0,885, что хорошо совпадает с опытными данными. Выражение (10-15) показывает также, что при Рг= 1 коэффициент восстановления в турбулентных потоках равен единице.

Для воздуха коэффициент восстановления г при продольном обтекании пластин, цилиндров и конусов, как показывают опыты, имеет следующие значения: при ламинарном пограничном слое г = 0,84 +0,02 [97], при турбулентном пограничном слое г = = 0,89 +0,03. На рис. 10-2 показаны опытные данные [105] при продольном обтекании пластины потоком воздуха. При поперечном обтекании проволок в области чисел Re = 104-г- 10s значение коэффициента восстановления г = 0,92. При турбулентном дозвуковом и сверхзвуковом течении воздуха внутри трубы коэффициент восстановления лежит в пределах г = 0,85н-0,89. Для тел более сложной формы значения г определяются экспериментальным путем.

Значение коэффициента восстановления г для тел простой формы поддается теоретическому расчету.