Математическое моделирование статистических характеристик поля нейтронов в ядерном энергетическом реакторе при случайных возмущениях в размножающих свойствах среды

• Автор: Насонова, Варвара Алексеевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯ НЕЙТРОНОВ В ЗАДАЧАХ ДИАГНОСТИКИ РЕАКТОРНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯ НЕЙТРОНОВ В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ С ПРОСТРАНСТВЕННО-РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ И
СИСТЕМОЙ РЕГУЛИРОВАНИЯ
2.1 Математическая модель случайного поля нейтронов вядерном реакторе
2.1.1 Математической модель поля нейтронов в реакторе с обратными связями
2.1.2 Математическая модель системы регулирования
2.1.3 Математическая модель генератора шума
2.2 Методы численной реализации ма тема тической модели
2.2.1 Метод конечных разностей
2.2.2 Метод Галеркина
2.2.3 Сравнение методов
2.3 Программный комплекс
Выводы к главе
ГЛАВА 3. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯ НЕЙРОНОВ В РЕАКТОРЕ С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ
3.1 Исследование модельных ста тистическиххарактеристик поля нейтронов в реакторе
3.1.1 Расчет статистических характеристик плотности потока нейтронов в реакторе с однородной загрузкой
3.1.2 Влияние параметров обратных связей на статистические характеристики плотности потока нейтронов в реакторе
3.1.3 Влияние параметров вносимого шума на статистические характеристики плотности потока нейтронов
3.1.4 Зависимость статистических характеристик плотности потока нейтронов от параметров системы автоматического регулирования
3.2 Исследова ние ста тистических ха рактеристик параметров действующего энергоблока с
реактором РБМК
3.2.1 Статистические характеристики поканальной мощности
3.2.2 Статистические характеристики токов датчиков
3.3 Исследование статистических характеристик параметров действующего энергоблока с
реактором ВВЭР
3.3.1 Статистические характеристики токов датчиков
Выводы к главе
ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ АНАЛИЗА НЕЙТРОННОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В АКТИВНОЙ ЗОНЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
4.1 Использование ста тистических характеристик для обнаружения порога на чала ксеноновых колебаний
4.1.1 Статистические характеристики плотности потока нейтронов при приближении к порогу ксеноновых колебаний
4.1.2 Статистические исследования по определению порога ксеноновых колебаний в зависимости от параметров вносимого шума
4.1.3 Определение порога ксеноновых колебаний при неоднородном по пространству коэффициенте обратной связи
4.1.4 Определение порога ксеноновых колебаний при неоднородной загрузке реактора
4.1.5 Выводы
4.2 ИСПОЛЬЗОВА НИЕ ста тистических характеристик для восстановления коэффициента обра тной
СВЯЗИ
4.2.1 Существующие методики восстановления коэффициента обратной связи по реакторным шумам
4.2.2 Определение коэффициента обратной связи по автокорреляционной функции плотности потока нейтронов
4.2.3 Восстановление коэффициентов обратной связи на основе корреляционного подхода
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Актуальность темы.
Основной проблемой современного развития ядерной энергетики является повышение безопасности ядерных энергетических реакторов, решение этой задачи подразумевает математическое моделирование объектов и процессов. При этом, отличительной особенностью реактора как объекта моделирования является наличие большого числа пространственно распределенных возмущающих факторов, например, вибрации тепловыделяющих сборок, колебания органов управления, случайные колебания расхода теплоносителя и др. По этой причине актуальным представляется подход к реактору как к объекту со случайными параметрами и, в соответствии с этим подходом, разработка его математической модели и исследование его статистических свойств для последующего решения ряда научно-практических задач, направленных на повышение безопасности эксплуатации мощных ядерных реакторов.
Цель работы - математическое моделирование статистических характеристик поля нейтронов в ядерном реакторе и исследование возможностей получения на их основе дополнительной информации для повышения безопасности эксплуатации реактора.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи:
• разработана математическая модель и методика расчета статистических характеристик поля нейтронов в реакторе с пространственно распределенными обратными связями и системой регулирования;
• разработан программный комплекс, реализующий предложенную математическую модель;
• получены основные модельные и экспериментальные (на основе обработки архивов эксплуатационных параметров реакторов РБМК и ВВЭР) статистические характеристики плотности потока нейтронов и проведено их сопоставление;
= исследовано влияние пространственного распределения размножающих свойств среды, нейтронно-физических и теплофизических обратных связей, и параметров системы регулирования на статистические характеристики поля нейтронов;
• рассмотрено несколько методов восстановления коэффициента обратной связи по статистическим характеристикам.
Объектом исследования являются ядерные энергетические реакторы на тепловых нейтронах (РБМК и ВВЭР).

Из рис. 2.17 видно, что увеличение количества гармоник дает существенное увеличение точности в начале и практически не влияет в конце, т.е. вполне достаточно использование 5-9 гармоник. Видно, что использование метода Галеркина для нахождения амплитуд гармоник приемлемо при уровне шума менее 0.5% и числа гармоник больше 5.
Исследования показали, что решение задачи с помощью сеточной модели требует более чем на 3 порядка больше машинного времени и дискового пространства по сравнению с методом Галеркина, но является существенно более точным, поэтому для дальнейших статистических исследований был выбран метод конечных разностей.
2.3 Программный комплекс
Разработанный программный комплекс реализует описанную выше математическую модель и предназначен для изучения статистических характеристик плотности потока нейтронов при случайных возмущениях в технологических параметрах.
Функционально комплекс разделен на четыре модуля: расчетный, ввода исходных данных, вывода результатов и статистической обработки (рис. 2.18).
Рис. 2.18. Структурная схема программного комплекса.
Программный комплекс позволяет динамически настраивать вид модели, т.е. выбирать, какие обратные связи будут входить в расчет (включая настройки системы регулирования), задавать параметры этих обратных связей: константы, вид и значение коэффициентов обратных связей, также можно производить настройку тех характеристик, которые будут выводиться на экран и в файл. Структура данных представлена на рис. 2.19.