Tema 3 Generación de Calor

7/25/2019 Tema 3 Generación de Calor

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! La determd i s t r i b ugeneracióntodo el realogrado a analisis nreactor.

!

El acoplaanál is is termico de

r e q u e r ipredicción estado escomo sustransitorias



! En cuyo caso el nivel y la distribución de la tasa degeneración de calor son asumidos como fijo.

!

El análisis térmico se lleva a cabo para predecir latemperatura en el núcleo del reactor.



!

La potencia operativa del núcleo esta l imitada poconsideraciones térmicas no por consideraciones nucleares.

! En la practica, la potencia del núcleo permisible esta limitada pola velocidad a la cual el calor puede ser transportado desde ecombustible al refrigerante sin alcanzar temperaturasexcesivamente altas.



La energia libeproducido pnucleares exot

Una pequeña fracción de la energia en el reactor provienede la no captura de neutrones en el combustible,

moderador, refrigerante y materiales estructurales.

Parte de la masa nuctransformada en energia.



La energia de fision que es aproximadamente 200 MeV por fisión,aparece como energía cinética y la decadencia de los productos de fisión.

.

Muchos de los fragmentos de



! Los neutrones producidos etienen una energia cineticapor lo tanto se denominan n

La mayoria de estos neutrones rapidos tienen energiasentre 1 y 2 MeV, aunque algunos pueden tener hasta 10

MeV.



!

El potencial se mejora para un neutron para provocar la fisión si su energía scomparables a los alrededores por un proceso de desaceleración llamado moderacion

!

Los neutrones lentos, se refiere a los neutrones térmicos que tienen energias en e0.10 eV.



! El uranio 23fisionable natural en cdel orden deuranio.

Por tanto el plutonio 239 y 241 se pueden producira partir de la absorcion de neutrones en los atomos

de uranio 238 y plutonio 240 respectivamente.

Otros materiales fisionables songenerados por captura de neutrones

por los llamdos atomos fertiles.



! En un típico LWR solo alrededor deuna media de los neutrones sonabsorbidos por isotopos fisionables;la otra mitad son capturados porisotopos fér t i les , cont ro l y

materiales estructurales.



! El plutonio producido en el núcleodurante la operación del LWRtambién participa en el proceso de

liberación de energía y puedeaportar hasta el 50% de la liberaciónde energía de fisión.



! La energia resultante de la fision sedistribuye aproximadamente de lasiguiente manera por ejemplo parael U235:



! Los fragmentos de fision tienen una energiacinetica de cerca de 166 MeV por fision.

La mayoria de los 8 MeV de los rayos beta de losproductos de fisión son tambien depositados en

el combustible.



El promedio de neutrones son emitidos conuna energía cinética de cerca de 5 MeV porfisión. En un reactor térmico, la masa deesta energía es depositada en elmoderador cuando los neut ronesdesaceleran.

La tasa a la cual las fisiones ocurren en el combustible, ypor lo tanto la tasa de producción de calor, varia de una

barra de combustible a otra y es también una función de

la posición dentro de cualquier barra.



!

Si Ed es la energía depositada localmente en el combustible por la tasa de producción de calor por unidad de volumen en el puntola expresión:

!

Donde sigma fr es la sección eficaz macroscópica de fisión del co

!

Fi (r, E) es el flujo dependiente de la energía como función de la p

! Las unidades de q’’’ son MeV/seg-cm3.





! En un reactor térmico la mayoría de las fisiones son inducidastérmicos y en este caso, la integral puede ser escrita como:

! Donde sigma fr es la sección eficaz de fisión del combustible ytérmico.

!

En el marco del calculo multigrupo la integral puede ser expresada



La dependencia espacial delflujo depende de la geometria yde la estructura del reactor.

Muchos de los calculos dellevados a cabo para el c

finito desnudo.

P t t i l fl j t i t



! Para un reactor termico, el flujo termico es entonces:

!

Donde P es la potencia total del reactor en joules.

! Er es la energia recuperable por fision en joules.

! V es el volumen del reactor en cm3.

!

Ry H son sus dimensiones exteriores en centimetros.! Se asume que el combustible esta distribuido homogeneamente a tr

y que Ef (sigma f) es el valor de la seccion eficaz macroscopica dmezcla en unidades de cm-1





!

La ecuacion anterior tambien puede ser usada para aproximarreactor.

!

Donde el combustible esta contenido de manera separada decombustible, previsto que el valor de Ef (sigma f) es computado equivalente homogenea.

!

Suponemos que eso esta en n barras de combustible de radio a yaltura del reactor. Entonces si Efr es la seccion eficaz macroscopicbarra, el total de seccion eficaz de fisión en el nucleo completo es:



!

El valor promedio de Ef en el núcleo es entonces:

!

Y el flujo es:

!

Donde :

! Fue sustituida



!

Cuando la ecuación anterior es introducida dentro de la ecuación:

!

Esta se convierte en :

!

La dependencia de q’’’ en r da el cambio en el flujo desde barra a bdiámetro del reactor.

D l ió t i id t l t á i d



!

De la ecuación anterior es evidente que la tasa máxima es prodocurre en medio (z=0) de la barra central (r=0). En este caso, aen esta ecuación son unitarias y el valor máximo de q’’’ es:

!

La tasa máxima de producción de calor en una barra no central

diferente de 0 es:



! La tasa total a la cual es producido el calor en cualquier barra de cdada por la integral:

I t d i d ’’’( ) d l ió



!

Introduciendo q’’’(r,z) de la ecuación

! Se tiene:



Las formulas derivadas areactor cilíndrico destomarse con demasiacálculos de la produccreactor real.

Para un reactor reflejado y/uniforme, el cual tiene una t

máximo mas pequeño que u

En particular la ecuación de abajo tiene sobre estimado elvalor de q’’’max considerablemente.

! Para ver este efecto primero veremos que:



! Para ver este efecto primero veremos que:

! Donde fi max es el valor máximo del flujo térmico.

! La potencia total del reactor esta dada por:

! Donde fi av es el flujo térmico promedio y sigma f es la sección eficaz macroscópica dede volumen v., dividendo la primera ecuación entre la segunda se tiene:

! Donde omega es la máxima tasa de flujo promedio



! Donde omega es la máxima tasa de flujo promedio.

! Finalmente, introduciendo la ecuación:

!

Se tiene:

! Se supone que para la instancia que omega=2.4 que es un valor razonable para un reacomparando las 2 ultimas ecuaciones se observa que:

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