Rozkład strumienia neutronów

Osiowy rozkład strumienia neutronów 14MeV w źródle został pokazany na rys. 2.8. Rozkład ten będzie miał bezpośredni wpływ na kształt widma oraz strumień neutronów w całym reaktorze (a szczególnie w końcowych odcinkach prętów). Rozkład strumienia neutronów na powierzchni pierwszej ściany bazujący na rozkładzie źródłowym z rys. 2.8 przedstawia rys. 3.1. Dla porównania został również naniesiony rozkład strumienia neutronów źródłowych z rys. 2.8. Rozkład strumienia w pierwszej ścianie jest efektem takich czynników, jak sposób zbierania danych (przedział 14MeV±ΔE zamiast wartości równej dokładnie 14MeV) oraz wpływ reakcji jądrowych (głównie rozpraszania).

Rysunek 3.1. Rozkład strumienia neutronów 14MeV na powierzchni pierwszej ściany oraz w źródle przy nominalnej mocy cieplnej 3GW.

55

Widmo neutronów we wszystkich reaktorach jądrowych jest zróżnicowane w zależności od miejsca w którym jest ono mierzone (obliczane). Należy więc oczekiwać, że podobny efekt pojawi się również w reaktorze hybrydowym z tą różnicą, że strumień neutronów źródłowych 14MeV (z reakcji syntezy) będzie miał wpływ na strumień neutronów oraz na kształt widma w poszczególnych obszarach reaktora ze względu na podkrytyczność części rozszczepieniowej oraz przekroje czynne poszczególnych obszarów wynikające z kompozycji składu paliwa. Chcąc przedstawić wykres strumienia neutronów w reaktorze należałoby pokazać powierzchnię w trójwymiarowej przestrzeni (przy warunkach symetrii walcowej), na której współrzędnymi przestrzennymi są: położenie wzdłuż reaktora oraz odległość od osi symetrii. Z kolei oś wartości odpowiadałaby wielkości strumienia w danej lokalizacji określonej współrzędnymi przestrzennymi. Jednak przez wzgląd na małą przejrzystość takiego wykresu, trudności w odczytaniu wartości strumienia oraz brak możliwości zaprezentowania widma neutronów wybrana została inna forma prezentacji wyników pozwalająca na ocenę zmiany widma neutronów. W tym celu wybranych zostało arbitralnie kilka lokalizacji, dla których pokazane są wykresy widma neutronów, które będą stanowić reprezentatywną próbkę dla całego reaktora, a ponadto pozwolą ocenić zmiany składowej 14MeV. Na kilku kolejnych rysunkach zaprezentowane są widma neutronów z wybranych obszarów reaktora. Na rysunkach od 3.2 do 3.6 przedstawione jest uśrednione widmo dla wybranych obszarów. Wszystkie wartości liczbowe zostały przeliczone przy założeniu całkowitej mocy termicznej reaktora równej 3GW. Jak się okazuje różnica uśrednionego widma oraz strumienia neutronów w modelu po optymalizacji oraz przed optymalizacją nie jest znacząca, co można stwierdzić na podstawie porównania wykresów przedstawionych na rys. 3.2 oraz 3.3 (niemniej jednak oczywiste jest pojawienie się drobnych różnic pomiędzy nimi, będących skutkiem np. wpływu geometrii układu, składu paliwa, …). Rysunki przedstawiają uśrednione widmo dla całej długości prętów poszczególnych stref. Zatem niewielkie zmiany dokonane w składzie paliwa oraz jego rozmieszczeniu w strefach paliwowych zgodnie z przewidywaniami nie wpłynęły znacząco zarówno na kształt widma, jak też na wartości strumienia neutronów. Różnice takie z pewnością byłyby lepiej widoczne przy większych zmianach składu paliwa, które przez wzgląd na potrzebę utrzymania wartości keff na określonym poziomie są praktycznie wykluczone.

56

Rysunek 3.2. Uśrednione widmo neutronów w wybranych strefach obszaru paliwa oraz na powierzchni pierwszej ściany otrzymane przed dokonaniem zmiany składu paliwa przy nominalnej mocy cieplnej 3GW.

Rysunek 3.3. Uśrednione widmo neutronów w wybranych strefach obszaru paliwa oraz na powierzchni pierwszej ściany otrzymane po korekcie składu paliwa przy nominalnej mocy cieplnej 3GW.

57

Na rys. 3.4 do 3.6 przedstawione są analogiczne jak w przypadku rysunków poprzednich widma strumienia neutronów w poszczególnych strefach paliwowych, z tą różnicą, że reprezentują one wyniki otrzymane dla wybranych lokalizacji znajdujących się w różnych odległościach od końca pręta (różne współrzędne osiowe). Pozwoliło to na ocenę wielkości zmian widma oraz strumienia neutronów w poszczególnych obszarach reaktora, których położenie określone jest przez współrzędne osiowe. Łatwo zauważyć, że zmiany widma są nieznaczne z wyjątkiem składowej 14MeV, której wielkość wzrasta w obszarach położonych w pobliżu końców reaktora (rys. 3.4 oraz 3.5).

Rysunek 3.4. Uśrednione widmo neutronów w skrajnych (końcowych) odcinkach prętów poszczególnych stref obszaru paliwa oraz na powierzchni pierwszej ściany przy nominalnej mocy cieplnej 3GW.

58

Rysunek 3.5. Uśrednione widmo neutronów w ¼ długości prętów poszczególnych stref obszaru paliwa oraz na powierzchni pierwszej ściany przy nominalnej mocy cieplnej 3GW.

Rysunek 3.6. Uśrednione widmo neutronów w połowie długości prętów poszczególnych stref obszaru paliwa oraz na powierzchni pierwszej ściany przy nominalnej mocy cieplnej 3GW.

59

Porównanie wartości strumieni z rysunków 3.4 do 3.6 ujawnia wprawdzie niewielkie różnice w kształcie widma, jednak są one na tyle małe, że można je uznać za mało istotne w kontekście prowadzonych rozważań. Natomiast spadek wartości strumienia neutronów na końcach prętów paliwowych jest naturalną konsekwencją geometrii (nie dotyczy to jedynie strumienia neutronów 14MeV, którego wartość w tym obszarze jest wyższa niż w połowie długości prętów ze względu na rozkład wydajności źródła plazmowego). Zważywszy na powyższe wyniki obliczeń oraz na fakt, iż wydajności reakcji zależą od całki z iloczynu przekrojów czynnych oraz strumienia neutronów [41], można dojść do wniosku, że rozkładem mocy w omawianym reaktorze wygodnie oraz skutecznie można sterować poprzez dokonanie odpowiedniej korekty w składzie izotopowym paliwa. Należy mieć tu na względzie korektę ograniczoną w pewnym stopniu, mianowicie polegającą na zmianie udziału poszczególnych pierwiastków bez ingerencji w ich skład izotopowy. Manipulacja składem izotopowym poszczególnych pierwiastków jest praktycznie niemożliwa (względy techniczne związane z separacją izotopów oraz ich koszty, co zostało zasygnalizowane we wcześniejszych rozdziałach).

60