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Huarangal, 4 de Setiembre de 2017
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FISICA DE REACTORES NUCLEARES
PROGRAMA DE FORMACIÓN DEL PERSONAL NECESARIO PARA LA OPERACIÓN DEL
REACTOR NUCLEAR “RP-10”
Contenido
A. Zúñiga 2017Física de Reactores2
Parte I (Criticidad)
 Reacción en cadena
 La fórmula de los 4
factores
 Factores de
multiplicación
 Reactividad y efectos del
moderador, reflector y
refrigerante;
 Neutrones prontos y
retardados (impacto en
el control del reactor);
 Neutrones retardados y
fracciones de neutrones
retardadas;
 Aproximación a la
criticidad;
 Definiciones de “crítico”
y “prompt crítico”;
Parte II (Flujo neutrónico)
 Flujo de neutrones cerca al
crítico o prompt crítico;
 Período estable y tasa relativa
de cambio de flujo;
 Definiciones de "estacionario",
"transitorio" y
"comportamiento de
transición";
 Flujo de neutrones y la potencia
del reactor;
 Medición del flujo neutrónico;
 Cambios en la densidad del
moderador y del reflector sobre
el flujo de neutrones;
 Distribución del flujo
neutrónico sobre el;
Parte III (Reactividad)
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consumo de combustible;
• Comportamiento del reactor
crítico y subcrítico en los
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criticidad
Parte IV (Ejercicios)
Parte II: FLUJO NEUTRÓNICO
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 Flujo de neutrones cerca al crítico o prompt crítico;
 Período estable y tasa relativa de cambio de flujo;
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EsenheE E
 484.0)(
Watt
N(E), MeV
E(MeV)
1 2 3 10
2
0.025 eV
E
MeV
rápidos
térmicos
moderación
REACTORES
TERMICOS
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Espectro Neutrónico .......continuación
TERMICO EPITERMICO RAPIDO
Maxwelliano Moderación Fisión
0.1 10 106 107
En (eV)
1/eV
(1/E)
(E)
CEsenhAe BE
kT
E
ekT
E 
2
)(
A.ZuñigaDistribucion de Neutrones28
Distribución del flujo neutrónico - Reactor
v
r
Flujo de nth
)(.)( rnvr thth


(#/cm3)
densidad neutrónica
Reactores Importante cambio espacial
del flujo neutrónico
x
y
z
(x,y,z)
a´
c´
b´
Reactor desnudo
homogéneo
)cos()cos()cos()0,0,0(),,( c
z
b
y
a
x
th zyx 
 
(0,0,0)
 2,2,2 '''
 ccbbaa
Tamaño físico : a´,b´,c´
Tamaño extrapolado: a, b, c
Ahorro por reflector: 
A.ZuñigaDistribucion de Neutrones29
Distribución del flujo neutrónico –
Reactor....... continuación
Eje-z: )()cos(),()0,0,0(),,( 00000 zyxczyx c
z
th  

)cos()cos()0,0,0( 00
0 b
y
a
x
th

 
Flujo no uniforme
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EC centrales  EC extremos
0 ),,( 00 zyxth
z
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Reflector
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FISICA DE REACTORES NUCLEARES : PARTE 2 - FLUJO NEUTRONICO

  • 1. DR.AGUSTÍN ZÚÑIGA GAMARRA Huarangal, 4 de Setiembre de 2017 azuniga@ipen.gob.pe FISICA DE REACTORES NUCLEARES PROGRAMA DE FORMACIÓN DEL PERSONAL NECESARIO PARA LA OPERACIÓN DEL REACTOR NUCLEAR “RP-10”
  • 2. Contenido A. Zúñiga 2017Física de Reactores2 Parte I (Criticidad)  Reacción en cadena  La fórmula de los 4 factores  Factores de multiplicación  Reactividad y efectos del moderador, reflector y refrigerante;  Neutrones prontos y retardados (impacto en el control del reactor);  Neutrones retardados y fracciones de neutrones retardadas;  Aproximación a la criticidad;  Definiciones de “crítico” y “prompt crítico”; Parte II (Flujo neutrónico)  Flujo de neutrones cerca al crítico o prompt crítico;  Período estable y tasa relativa de cambio de flujo;  Definiciones de "estacionario", "transitorio" y "comportamiento de transición";  Flujo de neutrones y la potencia del reactor;  Medición del flujo neutrónico;  Cambios en la densidad del moderador y del reflector sobre el flujo de neutrones;  Distribución del flujo neutrónico sobre el; Parte III (Reactividad) • Reactividad por temperatura; • Coeficientes de reactividad y el consumo de combustible; • Comportamiento del reactor crítico y subcrítico en los distintos rangos de potencia; • Envenenamiento por xenón • Control de reactores, absorbedores quemables y elementos de control ; • Monitoreo del comportamiento del reactor subcrítico o crítico; • Fuente de neutrones (propósito y efecto); • Balance de reactividad (tratamiento cualitativo), exceso de reactividad y margen de parada; • Conducción de experimentos de criticidad Parte IV (Ejercicios)
  • 3. Parte II: FLUJO NEUTRÓNICO A. Zúñiga 2017Física de Reactores3  Flujo de neutrones cerca al crítico o prompt crítico;  Período estable y tasa relativa de cambio de flujo;  Definiciones de "estacionario", "transitorio" y "comportamiento de transición";  Flujo de neutrones y la potencia del reactor;  Medición del flujo neutrónico;  Cambios en la densidad del moderador y del reflector sobre el flujo de neutrones;  Distribución del flujo neutrónico sobre el;
  • 5. Problema fundamental A.ZuñigaUMSA-BOLIVIA5 Conocer (calcular o medir), para cualquier instante, t, las características de la población neutrónica que se extiende en una región, que contiene una arbitraria pero conocida mezcla de materiales. La cantidad principal, entonces, es la densidad neutrónica. Densidad neutrónica
  • 7. Modelo a 2 grupos: A.ZuñigaUMSA-BOLIVIA7
  • 8. Ecuación de difusión A. Zúñiga 2017Física de Reactores8
  • 9. A. Zúñiga 2017Física de Reactores9
  • 10. U3O8-Al : OXIDO U3SI2-Al : SILICIURO Flujo térmico: 1.5 x 10E14 (Central) Flujo térmico: 3.0 x 10E14 (central) ( +3 posiciones similares al central anterior) OCT 201410 Ref. Expo Itinerantes AGUSTIN ZUÑIGA
  • 11. Secciones transversales del neutrón A. Zúñiga 2017Física Nuclear11 Rol del núcleo compuesto en la interacción con el neutrón
  • 12. Interacciones del neutrón A. Zúñiga 2017Física Nuclear12 Mediciones de neutrones que no han interaccionado en el blanco Intensidad del haz que no ha interaccionado Haz viaja, x. Luego dx. La intensidad decrecida, por haz no interaccionado. Sección transversal macroscópica de dispersión y total Probabilidad que un neutrón se mueva una distancia x, sin sufrir alguna interacción Probabilidad que un neutrón sobreviva la distancia x, sin sufrir alguna interacción, y tenga su primera interacción en siguiente distancia dx. Probabilidad de interacción por unidad de longitud Camino libre medio. (distancia promedio entre interacciones) Sec.Transversal para mezclas y moléculas
  • 13. A. Zúñiga 2017Física Nuclear13 Comportamiento energético de sección transversal Sección transversal de fisión del U235
  • 14. La energía del neutrón OCT 201414 AGUSTIN ZUÑIGA Denominación Intervalo Espectro Observación Rápido 1-10 MeV Watt Nacimiento en la fisión Intermedio 1MeV – 1eV 1/E Moderación Térmico < 1eV Maxwelliano Eliminación de neutrones Ref. Ferreira
  • 15. OCT 2014AGUSTIN ZUÑIGA15 Ref. Ferreira Espectro típico de un reactor nuclear térmico
  • 17. OCT 201417 AGUSTIN ZUÑIGA Espectro de neutrones prontos
  • 18. OCT 2014AGUSTIN ZUÑIGA18 Espectro de neutrones térmicos Energía más probable (máximo) Energía promedio (0.0253 eV): energía del neutrón térmico A.Henry Distribución maxwelliana del flujo neutrónico Energía mas probable
  • 21. Detectores de neutrones (cadena de arranque : cámaras de fisión) A.ZuñigaUMSA-BOLIVIA21 Contadores de fisión (canal de arranque)
  • 22. CON NUEVOS ELEMENTOS COMBUSTIBLES DE SILICIURO CAJA CENTRAL A.ZuñigaUMSA-BOLIVIA22
  • 23. NUCLEO 41: Actual Flujo máximo: 1.5 x 10E14 n/cm2/s A.ZuñigaUMSA-BOLIVIA23
  • 26. A.ZuñigaDistribucion de Neutrones26 Espectro Neutrónico n U235 Neutrones retardados, 1% Neutrones rápidos, 99% EsenheE E  484.0)( Watt N(E), MeV E(MeV) 1 2 3 10 2 0.025 eV E MeV rápidos térmicos moderación REACTORES TERMICOS 0
  • 27. A.ZuñigaDistribucion de Neutrones27 Espectro Neutrónico .......continuación TERMICO EPITERMICO RAPIDO Maxwelliano Moderación Fisión 0.1 10 106 107 En (eV) 1/eV (1/E) (E) CEsenhAe BE kT E ekT E  2 )(
  • 28. A.ZuñigaDistribucion de Neutrones28 Distribución del flujo neutrónico - Reactor v r Flujo de nth )(.)( rnvr thth   (#/cm3) densidad neutrónica Reactores Importante cambio espacial del flujo neutrónico x y z (x,y,z) a´ c´ b´ Reactor desnudo homogéneo )cos()cos()cos()0,0,0(),,( c z b y a x th zyx    (0,0,0)  2,2,2 '''  ccbbaa Tamaño físico : a´,b´,c´ Tamaño extrapolado: a, b, c Ahorro por reflector: 
  • 29. A.ZuñigaDistribucion de Neutrones29 Distribución del flujo neutrónico – Reactor....... continuación Eje-z: )()cos(),()0,0,0(),,( 00000 zyxczyx c z th    )cos()cos()0,0,0( 00 0 b y a x th    Flujo no uniforme Quemado no uniforme EC centrales  EC extremos 0 ),,( 00 zyxth z
  • 30. A.ZuñigaDistribucion de Neutrones30 Reflector nucleo reflectorreflector flujoneutrónico Flujoneutrónico reactor reflejado Flujoneutrónico reactor desnudo • Mejora la economía de neutrones (menos fuga) • Mejora la economía de EECC (menos masa crítica)
  • 31. A.ZuñigaDistribucion de Neutrones31 Ahorro por reflector nucleo reflector   reflector Flujoneutrónico reactor desnudo Flujoneutrónico reactor reflejado Ahorro por reflector  = { Dimensiones nucleo reflejado } - { Dimensiones nucleo desnudo critico } c´ c Eje-z: 2 )( ' cc z  
  • 32. Formas de Flujos Térmico y Rápido A. Zúñiga 2017Física de Reactores32
  • 33. A.ZuñigaDistribucion de Neutrones33 Velocidad de Reacción neutrones detector (Indicador radioactivo)   otros Tactth NR  Flujo térmico (n/cm2/s) S.Transv.ersal (cm2) # de átomos en el indicador
  • 35. A. Zúñiga 2017Física de Reactores35
  • 36. A. Zúñiga 2017Física de Reactores36
  • 37. A. Zúñiga 2017Física de Reactores37
  • 38. A. Zúñiga 2017Física de Reactores38
  • 39. A. Zúñiga 2017Física de Reactores39
  • 40. A. Zúñiga 2017Física de Reactores40
  • 41. A. Zúñiga 2017Física de Reactores41
  • 42. A. Zúñiga 2017Física de Reactores42
  • 44. A. Zúñiga 2017Física de Reactores44
  • 45. A. Zúñiga 2017Física de Reactores45
  • 46. A. Zúñiga 2017Física de Reactores46
  • 47. A. Zúñiga 2017Física de Reactores47
  • 48. A. Zúñiga 2017Física de Reactores48
  • 49. A. Zúñiga 2017Física de Reactores49
  • 50. A. Zúñiga 2017Física de Reactores50
  • 51. Trabajo práctico A. Zúñiga 2017Física de Reactores51