Люмен, люкс, кандела, ватт, мощность светового потока. Как в этом разобраться? | День сурка

Люмен, люкс, кандела, ватт, мощность светового потока. Как в этом разобраться? | День сурка Анемометр

F
результата измерения удельной электрической проводимости

°С

Десятые доли ˚С

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,918

1,912

1,906

1,899

1,893

1,887

1,881

1,875

1,869

1,863

1

1,857

1,851

1,845

1,840

1,834

1,828

1,822

1,817

1,811

1,805

2

1,800

1,794

1,788

1,783

1,777

1,772

1,766

1,761

1,756

1,750

3

1,745

1,740

1,734

1,729

1,724

1,719

1,713

1,708

1,703

1,698

4

1,693

1,688

1,683

1,678

1,673

1,666

1,663

1,658

1,653

1,648

5

1,643

1,638

1,634

1,629

1,624

1,619

1,615

1,610

1,605

1,601

6

1,596

1,590

1,587

1,582

1,578

1,573

1,569

1,564

1,560

1,555

7

1,551

1,547

1,542

1,538

1,534

1,529

1,525

1,521

1,516

1,512

8

1,508

1,504

1,500

1,496

1,491

1,487

1,483

1,479

1,475

1,471

9

1,467

1,463

1,459

1,455

1,451

1,447

1,443

1,439

1,436

1,432

10

1,428

1,424

1,420

1,416

1,413

1,409

1,405

1,401

1,398

1,394

11

1,390

1,387

1,383

1,379

1,376

1,372

1,369

1,365

1,362

1,358

12

1,354

1,351

1,347

1,344

1,341

1,337

1,334

1,330

1,327

1,323

13

1,320

1,317

1,313

1,310

1,307

1,303

1,300

1,297

1,294

1,290

14

1,287

1,284

l,281

1,278

1,274

1,271

1,268

1,265

1,262

1,259

15

1,256

1,253

1,249

1,246

1,243

1,240

1,237

1,234

1,231

1,228

16

1,225

1,222

l,219

1,216

1,214

1,211

1,208

1,205

1,202

1,199

17

1,196

1,193

1,191

1,188

l,185

1,182

1,179

1,177

1,174

1,171

18

1,168

1,166

1,163

1,160

1,157

1,155

1,152

1,149

1,147

1,144

19

1,141

1,139

1,136

1,134

1,131

1,128

1,126

1,123

1,121

1,118

20

1,116

1,113

1,111

1,108

1,105

1,103

1,101

1,098

1,096

1,093

21

1,091

1,088

1,086

1,083

1,081

1,079

1,076

1,074

1,071

1,069

22

1,067

1,064

1,062

1,060

1,057

1,055

1,053

1,051

1,048

1,046

23

1,044

1,041

1,039

1,037

1,035

1,032

1,030

1,028

1,026

1,024

24

1,021

1,019

1,017

1,015

1,013

1,011

1,008

1,006

1,004

1,002

25

1,000

0,998

0,996

0,994

0,992

0,990

0,987

0,985

0,983

0,981

26

0,979

0,977

0,975

0,973

0,971

0,969

0,967

0,965

0,963

0,961

27

0,959

0,957

0,955

0,953

0,952

0,950

0,948

0,946

0,944

0,942

28

0,940

0,938

0,936

0,934

0,933

0,931

0,929

0,927

0,925

0,923

29

0,921

0,920

0,918

0,916

0,914

0,912

0,911

0,909

0,907

0,905

30

0,903

0,902

0,900

0,898

0,896

0,895

0,893

0,891

0,889

0,888

31

0,886

0,884

0,883

0,881

0,879

0,877

0,876

0,874

0,872

0,871

32

0,869

0,867

0,865

0,864

0,863

0,861

0,859

0,858

0,856

0,854

33

0,853

0,851

0,850

0,848

0,846

0,845

0,843

0,842

0,840

0,839

34

0,837

0,835

0,834

0,832

0,831

0,829

0,828

0,826

0,825

0,823

35

0,822

0,820

0,819

0,817

0,816

0,814

0,813

0,811

0,810

0,806

Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу
окружающей среды

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

СВИДЕТЕЛЬСТВО № 150.24-2004

об аттестации методики
выполнения измерений

МЕТОДИКА
ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ водородного показателя и удельной электрической
проводимости вод

разработанная
ГУ «Гидрохимический институт» (ГУ ГХИ)

и
регламентированная РД 52.24.495-2005

аттестована
в соответствии с ГОСТ Р 8.563-96 с изменениями
2002 г.

Аттестация осуществлена по результатам экспериментальных
исследований

В результате аттестации МВИ установлено:

МВИ соответствует предъявляемым к ней метрологическим
требованиям и обладает следующими основными метрологическими характеристиками:

Диапазон измерений, значения характеристик
погрешности и ее составляющих (Р = 0,95)

Показатель
повторяемости (среднеквадратическое отклонение повторяемости)

sr

Показатель
воспроизводимости (среднеквадратическое отклонение воспроизводимости)

sr

Показатель
точности (границы погрешности при вероятности Р = 0,95)

± D

рН, ед рН

от 4 до 10 включ.

0,02

0,05

0,1

Удельная
электрическая проводимость v, мкСм/см

От 5 до 200 включ.

0,02∙v

0,05∙v

0,10∙v

Св. 200 до 10000 включ.

0,01∙v

0,02∙v

0,05∙v

. Диапазон измерений, значения пределов
воспроизводимости при доверительной вероятности Р = 0,95

Предел
повторяемости (для двух результатов параллельных определений)

r

Предел
воспроизводимости (значение допускаемого расхождения между двумя
результатами измерений, полученными в разных лабораториях, при вероятности Р
= 0,95) R

Водородный
показатель, ед рН:

от 4 до 10 включ.

0,06

0,14

Удельная электрическая
проводимость v, мкСм/см:

От 5 до 200 включ.

0,06∙v

0,14∙v

Св. 200 до 10000 включ.

0,03∙v

0,06∙v

При реализации методики в лаборатории обеспечивают:

— оперативный контроль исполнителем процедуры
выполнения измерений (на основе оценки повторяемости при реализации отдельно
взятой контрольной процедуры);

— контроль стабильности результатов измерений (на
основе контроля стабильности среднеквадратического отклонения повторяемости).

Алгоритм оперативного контроля исполнителем процедуры
выполнения измерений приведен в РД 52.24.495-2005.

Периодичность оперативного контроля и процедуры
контроля стабильности результатов выполнения измерений регламентируют в
Руководстве по качеству лаборатории.

Дата выдачи свидетельства 30 декабря 2004 г.

Главный метролог ГУ ГХИ                                                                А.А.
Назарова

СОДЕРЖАНИЕ

Многопоточные алгоритмы. технология cuda.

Как работает CUDA
Внутренняя модель nVidia GPU – ключевой момент в понимании GPGPU с использованием CUDA. В этот раз я постараюсь наиболее детально рассказать о программном устройстве GPUs. Я расскажу о ключевых моментах компилятора CUDA, интерфейсе CUDA runtime API, ну, и в заключение, приведу пример использования CUDA для несложных математических вычислений.

Вычислительная модель GPU:

Рассмотрим вычислительную модель GPU более подробно.

1. Верхний уровень ядра GPU состоит из блоков, которые группируются в сетку или грид (grid) размерностью N1 * N2 * N3. Это можно изобразить следующим образом:
1

Рис. 1. Вычислительное устройство GPU.

Размерность сетки блоков можно узнать с помощь функции cudaGetDeviceProperties, в полученной структуре за это отвечает поле maxGridSize. К примеру, на моей GeForce 9600M GS размерность сетки блоков: 65535*65535*1, то есть сетка блоков у меня двумерная (полученные данные удовлетворяют Compute Capability v.1.1).
2. Любой блок в свою очередь состоит из нитей (threads), которые являются непосредственными исполнителями вычислений. Нити в блоке сформированы в виде трехмерного массива (рис. 2), размерность которого так же можно узнать с помощью функции cudaGetDeviceProperties, за это отвечает поле maxThreadsDim.

2

Рис. 2. Устройство блока GPU.

При использовании GPU вы можете задействовать грид необходимого размера и сконфигурировать блоки под нужды вашей задачи.

CUDA и язык C:

Сама технология CUDA (компилятор nvcc.exe) вводит ряд дополнительных расширений для языка C, которые необходимы для написания кода для GPU:

1. Спецификаторы функций, которые показывают, как и откуда буду выполняться функции.
2. Спецификаторы переменных, которые служат для указания типа используемой памяти GPU.
3. Спецификаторы запуска ядра GPU.
4. Встроенные переменные для идентификации нитей, блоков и др. параметров при исполнении кода в ядре GPU .
5. Дополнительные типы переменных.

Как было сказано, спецификаторы функций определяют, как и откуда буду вызываться функции. Всего в CUDA 3 таких спецификатора:

• __host__ — выполнятся на CPU, вызывается с CPU (в принципе его можно и не указывать).
• __global__ — выполняется на GPU, вызывается с CPU.
• __device__ — выполняется на GPU, вызывается с GPU.

Спецификаторы запуска ядра служат для описания количества блоков, нитей и памяти, которые вы хотите выделить при расчете на GPU. Синтаксис запуска ядра имеет следующий вид:

myKernelFunc<<<gridSize, blockSize, sharedMemSize, cudaStream>>>(float* param1,float* param2), где

• gridSize – размерность сетки блоков (dim3), выделенную для расчетов,
• blockSize – размер блока (dim3), выделенного для расчетов,
• sharedMemSize – размер дополнительной памяти, выделяемой при запуске ядра,
• cudaStream – переменная cudaStream_t, задающая поток, в котором будет произведен вызов.

Ну и конечно сама myKernelFunc – функция ядра (спецификатор __global__). Некоторые переменные при вызове ядра можно опускать, например sharedMemSize и cudaStream.

Так же стоит упомянуть о встроенных переменных:

• gridDim – размерность грида, имеет тип dim3. Позволяет узнать размер гридa, выделенного при текущем вызове ядра.
• blockDim – размерность блока, так же имеет тип dim3. Позволяет узнать размер блока, выделенного при текущем вызове ядра.
• blockIdx – индекс текущего блока в вычислении на GPU, имеет тип uint3.
• threadIdx – индекс текущей нити в вычислении на GPU, имеет тип uint3.
• warpSize – размер warp’а, имеет тип int (сам еще не пробовал использовать).

Кстати, gridDim и blockDim и есть те самые переменные, которые мы передаем при запуске ядра GPU, правда, в ядре они могут быть read only.

Дополнительные типы переменных и их спецификаторы будут рассмотрены непосредственно в примерах работы с памятью.

CUDA host API:

Перед тем, как приступить к непосредственному использованию CUDA для вычислений, необходимо ознакомиться с так называемым CUDA host API, который является связующим звеном между CPU и GPU. CUDA host API в свою очередь можно разделить на низкоуровневое API под названием CUDA driver API, который предоставляет доступ к драйверу пользовательского режима CUDA, и высокоуровневое API – CUDA runtime API. В своих примерах я буду использовать CUDA runtime API.

В CUDA runtime API входят следующие группы функций:

• Device Management – включает функции для общего управления GPU (получение инфор-мации о возможностях GPU, переключение между GPU при работе SLI-режиме и т.д.).
• Thread Management – управление нитями.
• Stream Management – управление потоками.
• Event Management – функция создания и управления event’ами.
• Execution Control – функции запуска и исполнения ядра CUDA.
• Memory Management – функции управлению памятью GPU.
• Texture Reference Manager – работа с объектами текстур через CUDA.
• OpenGL Interoperability – функции по взаимодействию с OpenGL API.
• Direct3D 9 Interoperability – функции по взаимодействию с Direct3D 9 API.
• Direct3D 10 Interoperability – функции по взаимодействию с Direct3D 10 API.
• Error Handling – функции обработки ошибок.

Понимаем работу GPU:

Как было сказано, нить – непосредственный исполнитель вычислений. Каким же тогда образом происходит распараллеливание вычислений между нитями? Рассмотрим работу отдельно взятого блока.

Задача. Требуется вычислить сумму двух векторов размерностью N элементов.

Нам известна максимальные размеры нашего блока: 512*512*64 нитей. Так как вектор у нас одномерный, то пока ограничимся использованием x-измерения нашего блока, то есть задействуем только одну полосу нитей из блока (рис. 3).
3

Рис. 3. Наша полоса нитей из используемого блока.

Заметим, что x-размерность блока 512, то есть, мы можем сложить за один раз векторы, длина которых N <= 512 элементов. В прочем, при более массивных вычислениях, можно использовать большее число блоков и многомерные массивы. Так же я заметил одну интересную особенность, возможно, некоторые из вас подумали, что в одном блоке можно задействовать 512*512*64 = 16777216 нитей, естественно это не так, в целом, это произведение не может превышать 512 (по крайней мере, на моей видеокарте).

В самой программе необходимо выполнить следующие этапы:
1. Получить данные для расчетов.
2. Скопировать эти данные в GPU память.
3. Произвести вычисление в GPU через функцию ядра.
4. Скопировать вычисленные данные из GPU памяти в ОЗУ.
5. Посмотреть результаты.
6. Высвободить используемые ресурсы.

Переходим непосредственно к написанию кода:

Первым делом напишем функцию ядра, которая и будет осуществлять сложение векторов:

// Функция сложения двух векторов
__global__ void addVector(float* left, float* right, float* result)
{
//Получаем id текущей нити.
int idx = threadIdx.x;

//Расчитываем результат.
result[idx] = left[idx] right[idx];
}

Таким образом, распараллеливание будет выполнено автоматически при запуске ядра. В этой функции так же используется встроенная переменная threadIdx и её поле x, которая позволяет задать соответствие между расчетом элемента вектора и нитью в блоке. Делаем расчет каждого элемента вектора в отдельной нити.

Пишем код, которые отвечает за 1 и 2 пункт в программе:

#define SIZE 512
__host__ int main()
{
//Выделяем память под вектора
float* vec1 = new float[SIZE];
float* vec2 = new float[SIZE];
float* vec3 = new float[SIZE];

//Инициализируем значения векторов
for (int i = 0; i < SIZE; i )
{
vec1[i] = i;
vec2[i] = i;
}

//Указатели на память видеокарте
float* devVec1;
float* devVec2;
float* devVec3;

//Выделяем память для векторов на видеокарте
cudaMalloc((void**)&devVec1, sizeof(float) * SIZE);
cudaMalloc((void**)&devVec2, sizeof(float) * SIZE);
cudaMalloc((void**)&devVec3, sizeof(float) * SIZE);

//Копируем данные в память видеокарты
cudaMemcpy(devVec1, vec1, sizeof(float) * SIZE, cudaMemcpyHostToDevice);
cudaMemcpy(devVec2, vec2, sizeof(float) * SIZE, cudaMemcpyHostToDevice);

}

Для выделения памяти на видеокарте используется функция cudaMalloc, которая имеет следующий прототип:
cudaError_t cudaMalloc( void** devPtr, size_t count ), где

1. devPtr – указатель, в который записывается адрес выделенной памяти,
2. count – размер выделяемой памяти в байтах.

Возвращает:

1. cudaSuccess – при удачном выделении памяти
2. cudaErrorMemoryAllocation – при ошибке выделения памяти

Для копирования данных в память видеокарты используется cudaMemcpy, которая имеет следующий прототип:
cudaError_t cudaMemcpy(void* dst, const void* src ,size_t count, enum cudaMemcpyKind kind), где

1. dst – указатель, содержащий адрес места-назначения копирования,
2. src – указатель, содержащий адрес источника копирования,
3. count – размер копируемого ресурса в байтах,
4. cudaMemcpyKind – перечисление, указывающее направление копирования (может быть cudaMemcpyHostToDevice, cudaMemcpyDeviceToHost, cudaMemcpyHostToHost, cudaMemcpyDeviceToDevice).

Возвращает:

1. cudaSuccess – при удачном копировании
2. cudaErrorInvalidValue – неверные параметры аргумента (например, размер копирования отрицателен)
3. cudaErrorInvalidDevicePointer – неверный указатель памяти в видеокарте
4. cudaErrorInvalidMemcpyDirection – неверное направление (например, перепутан источник и место-назначение копирования)

Теперь переходим к непосредственному вызову ядра для вычисления на GPU.


dim3 gridSize = dim3(1, 1, 1); //Размер используемого грида
dim3 blockSize = dim3(SIZE, 1, 1); //Размер используемого блока

//Выполняем вызов функции ядра
addVector<<<gridSize, blockSize>>>(devVec1, devVec2, devVec3);

В нашем случае определять размер грида и блока необязательно, так как используем всего один блок и одно измерение в блоке, поэтому код выше можно записать:
addVector<<<1, SIZE>>>(devVec1, devVec2, devVec3);

Про анемометры:  Трубка пито, принцип работы

Теперь нам остаеться скопировать результат расчета из видеопамяти в память хоста. Но у функций ядра при этом есть особенность – асинхронное исполнение, то есть, если после вызова ядра начал работать следующий участок кода, то это ещё не значит, что GPU выполнил расчеты. Для завершения работы заданной функции ядра необходимо использовать средства синхронизации, например event’ы. Поэтому, перед копированием результатов на хост выполняем синхронизацию нитей GPU через event.

Код после вызова ядра:

//Выполняем вызов функции ядра
addVector<<<blocks, threads>>>(devVec1, devVec2, devVec3);

//Хендл event’а
cudaEvent_t syncEvent;

cudaEventCreate(&syncEvent); //Создаем event
cudaEventRecord(syncEvent, 0); //Записываем event
cudaEventSynchronize(syncEvent); //Синхронизируем event

//Только теперь получаем результат расчета
cudaMemcpy(vec3, devVec3, sizeof(float) * SIZE, cudaMemcpyDeviceToHost);

Рассмотрим более подробно функции из Event Managment API.

Event создается с помощью функции cudaEventCreate, прототип которой имеет вид:
cudaError_t cudaEventCreate( cudaEvent_t* event ), где

1. *event – указатель для записи хендла event’а.

Возвращает:
1. cudaSuccess – в случае успеха
2. cudaErrorInitializationError – ошибка инициализации
3. cudaErrorPriorLaunchFailure – ошибка при предыдущем асинхронном запуске функции
4. cudaErrorInvalidValue – неверное значение
5. cudaErrorMemoryAllocation – ошибка выделения памяти
Запись event’а осуществляется с помощью функции cudaEventRecord, прототип которой имеет вид:
cudaError_t cudaEventRecord( cudaEvent_t event, CUstream stream ), где
1. event – хендл хаписываемого event’а,
2. stream – номер потока, в котором записываем (в нашем случае это основной нулевой по-ток).
Возвращает:
1. cudaSuccess – в случае успеха
2. cudaErrorInvalidValue – неверное значение
3. cudaErrorInitializationError – ошибка инициализации
4. cudaErrorPriorLaunchFailure – ошибка при предыдущем асинхронном запуске функции
5. cudaErrorInvalidResourceHandle – неверный хендл event’а

Синхронизация event’а выполняется функцией cudaEventSynchronize. Данная функция ожидает окончание работы всех нитей GPU и прохождение заданного event’а и только потом отдает управление вызывающей программе. Прототип функции имеет вид:
cudaError_t cudaEventSynchronize( cudaEvent_t event ), где

1. event – хендл event’а, прохождение которого ожидается.

Возвращает:

1. cudaSuccess – в случае успеха
2. cudaErrorInitializationError – ошибка инициализации
3. cudaErrorPriorLaunchFailure – ошибка при предыдущем асинхронном запуске функции
4. cudaErrorInvalidValue – неверное значение
5. cudaErrorInvalidResourceHandle – неверный хендл event’а
Понять, как работает cudaEventSynchronize, можно из следующей схемы:

4

Рис. 4. Синхронизация работы основоной и GPU прграмм.
На рисунке 4 блок «Ожидание прохождения Event’а» и есть вызов функции cudaEventSynchronize.
Ну и в заключении выводим результат на экран и чистим выделенные ресурсы.

//Результаты расчета
for (int i = 0; i < SIZE; i )
{
printf(«Element #%i: %.1fn», i , vec3[i]);
}

//
// Высвобождаем ресурсы
//

cudaEventDestroy(syncEvent);

cudaFree(devVec1);
cudaFree(devVec2);
cudaFree(devVec3);

delete[] vec1; vec1 = 0;
delete[] vec2; vec2 = 0;
delete[] vec3; vec3 = 0;

Думаю, что описывать функции высвобождения ресурсов нет необходимости. Разве что, можно напомнить, что они так же возвращают значения cudaError_t, если есть необходимость проверки их работы.

Заключение.
Надеюсь, что этот материал поможет вам понять, как функционирует GPU. Я описал самые главные моменты, которые необходимо знать для работы с CUDA. Попробуйте сами написать сложение двух матриц, но не забывайте об аппаратных ограничениях видеокарты.
Реализация алгоритма AES в параллельном коде.
Спецификатор __global__ показывает, что функция относится к ядру — её вызовет CPU, а выполнит GPU. Так же есть __device__ функция, которая выполнится на GPU и вызвать её можно только с GPU. Можно еще писать (а можно и не писать) спецификатор __host__ — функция вызывается CPU и выполняется на CPU, т.е. это — обычная функция. __global__ и__device__ функции не могут быть рекурсивными и должны содержать постоянное число аргументов. Т.к. функции __global__ и __device__ выполняются на GPU, то запустить их под обычным отладчиком и получить их адреса не получится. У NVIDIA есть специальные средства для этого, можно посмотреть на официальном сайте.
Каждый вызов __global__ функции должен соответсвовать спецификации вызова. Спецификация определяет размерность сетки и блоков, которые будут использоваться для выполнения этой функции на устройстве. Вызов должен соответсвовать форме:
func<<< Dg, Db, Ns, S >>>(arguments)
Dg имеет тип dim3 и определяет размерность сетки, так Dg.x * Dg.y равно числу блоков. Тип dim3 трехмерный, но координата Dg.z обычно не используется.
Db тоже имеет тип dim3 и означает размерность и размер каждого блока. Значение Db.x *Db.y * Db.z равно числу потоков в блоке.
Ns имеет тип size_t и определяет число байтов в shared памяти, которая динамически размещается для каждого блока в дополнение к статической памяти. Ns необязательный параметр и по умолчанию равен 0.
Параметр S типа cudaStream_t , определяющий дочерние потоки. S также необязателен с параметром по умолчанию, равным нулю.
Встроенные переменные:
blockIdx — номер блока внутри сетки
threadIdx — номер потока внутри блока
blockDim — число потоков в блоке
blockIdx и blockDim- трехмерны и содержат поля x,y,z, а сама сетка двумерна.
Т.к. массивы у нас одномерные, используется только координата x. После того, как провели вычисления, нужно передать данные обратно на хост :
cudaMemcpy(a_h, a_d, size, cudaMemcpyDeviceToHost).
cudaMemcpyDeviceToHost — копирование с устройства на хост, cudaMemcpyHostToDevice — соответственно обратно. Еще несколько действий и выводим результат : 3,141592.

Пример работы.
5

Рис. 5. Открытый текст
6

Рис. 6. Зашифрованный текст
7

Рис. 7. Расшифрованный текст
8

Рис. 24. Ход работы программы.

Плотность потока нейтронов

Следующая из основных характерис­тик нейтронных полей — плотность потока нейтронов(Ф) — является поп­росту произведением первых двух: плотности нейтронов на их скорость:

Ф = n .v (2.3.8)

По физическому смыслу эта величина — суммарный секундный путь всех нейтронов в 1 см3среды. Однако размерность плотности потока нейтр/см2с — может привести к путанице в попытках обна­ружить физический смысл этой величины в самой размерности: сразу воображается некая плоская площадка размером в 1 см2, через которую ежесекундно проходит определённое число нейтронов. Такому представлению способствует прошлый опыт изучения сходным образом звучащих величин иной физической природы: плотности потока жидкости (из гидродинамики), плот­ности магнитного потока и плотности потока электронов в проводнике (из электродинамики), плотности теплового потока на теплоотдающей поверх­ности (из теплотехники) и другими. Аналогия плотности потока нейтронов с перечисленными величинами несостоятельна, так как все эти ве­личины характеризуют направленный перенос энергии, а нейтроны в единич­ном объёме среды движутся не направленно, а хаотично по всем возможным направлениям.

На первый взгляд эта характеристика вообще кажется лишней, т.к. она — простая комбинация двух других характеристик нейтронных полей — пло­тности (n) и скорости (v) нейтронов. Однако, самое простое рассуждение о том, что секундное количество актов любой нейтронной реакции в 1 см3 среды должно быть прямо пропорционально величинам и плотности нейтронов (n), и скорости их переноса (v), а, следовательно, — величине плотности потока нейтронов (Ф), даёт этой характеристике право на существование. Действительно, чем больше плотность нейтронов n и чем больше скорость их перемещения v, тем больше шансов имеют все эти нейтроны в 1см3 сре­ды провзаимодействовать с ядрами среды в течение 1 с и вызвать те или иные нейтронные реакции.

1.4 Выравнивание тепловыделения в активной зоне реактора

Из рассмотрения реакторов с однородной активной зоной и отражателем следует, что существует значительная неравно­мерность в распределении потока нейтронов (энерговыделения) по объему реактора. Так, в цилиндрической активной зоне реак­тора максимальная тепловая нагрузка превышает среднюю бо­лее чем в 3 раза. Поэтому необходимо применять какие-либо меры по выравниванию нейтронного потока, чтобы уменьшить коэф­фициенты неравномерности. Известно большое число способов уменьшения неравномерности энерговыделения в современных энергетических реакторах. Все они сводятся к выравниванию числа актов деления ядер топлива по объему активной зоны (физическое профилирование). Добиться требуемого выравнивания можно либо чисто внешними средствами (например, рабочими органами СУЗ, выго­рающими поглотителями и т. д.), либо изменяя концентрацию ядерного топ­лива по объему реактора. В современных реакторах чаще используют второй способ как наибо­лее эффективный. Для выравнивания тепло­выделения используются следующие способы:

1) применение эффективных отражателей нейтронов, расположенных вокруг активной зоны, позволяющих уменьшить утечку нейтронов и тем самым выровнять распределение плотности потока тепловых нейтронов и соот­ветственно тепловыделение;

2) создание многозонных реакторов, в которых распреде­ление ядер 235U по радиусу актив­ной зоны выполнено таким обра­зом, чтобы изменение концентрации ядер 235Uбыло примерно обратно пропор­ционально изменению плотности потока нейтронов;

3) применение твердых и жидких поглотителей, изго­товленных из материалов, сильно поглощающих тепловые нейтроны. Поглотитель стремятся располагать по радиусу и высоте активной зоны таким образом, чтобы его концент­рация была прямо пропорциональ­на плотности потока нейтронов.

Рассмотрим выравнивание энер­говыделения с помощью распре­деления топлива. Наиболее просто это можно осуществить по радиусу реактора. Однако добиться на практике физического профилирования энергетиче­ских реакторов с помощью непрерывного изменения концентра­ции делящегося вещества весьма трудно по технологическим и конструктивным причинам.

В связи с этим возникает задача о зонном профилировании активной зоны, при котором концентрация делящегося вещества меняется скачком от зоны к зоне, оставаясь практически по­стоянной внутри каждой из них. Число зон и их размеры зави­сят в основном от принятого режима перегрузки. Обычно на практике ограничиваются двумя зонами: центральной и периферийной. Зонная компоновка активной зоны широко используется в реакторах типа ВВЭР, где свежее топливо, т. е. более обо­гащенное, располагается в перифе­рийной зоне, а выгоревшее, т. е. ме­нее обогащенное, находится в цент­ральной зоне.

Действие отражателя основано на том, что покидающие активную зону нейтроны попадают в окру­жающую среду и находятся в ней в хаотическом движении, так же как в самой активной зоне. Поэто­му часть нейтронов, отражаясь от ядер среды, может возвратиться обратно. Отсюда результирующая утечка нейтронов из активной зоны уменьшается. Отношение числа нейтронов, возвращающихся в ак­тивную зону в результате отраже­ния, к числу попадающих в отра­жатель нейтронов называют коэф­фициентом внутреннего от­ражателя нейтронов или альбедо β.

В ядерных реакторах на тепло­вых и промежуточных нейтронах в качестве отражателей используют­ся вещества, хорошо замедляющие и слабо поглощающие нейтроны, т. е. вещества-замедлители нейтро­нов. Они обладают самыми высо­кими альбедо; например, у слоя обычной воды толщиной 2L, где L — длина диффузии тепловых нейтронов, β=0,8, у слоя бериллия той же толщины β=0,9, у графита β=0,94 и у тяжелой воды β=0,98.

При этом в отражателе помимо отражения собственно тепловых нейтронов в активную зо­ну происходит замедление быстрых нейтронов, причем более эффектив­но, чем в самой активной зоне, где имеется определенная вероятность захвата нейтронов. Часть замедлив­шихся нейтронов возвращается в активную зону и еще больше повы­шает плотность потока тепловых нейтронов вблизи отражате­ля. Влияние отражателя, грубо говоря, сводится к уменьшению утечки нейтронов из активной зоны и соответственно к уменьшению критических размеров реакто­ра. Наиболее эффектив­ными отражателями являются слои, рас­положенные вблизи активной зоны. С уве­личением расстояния от границы активной зоны эффективность отражения нейтронов падает, так как уменьшается доля нейтро­нов, попадающих в удаленные слои отра­жателя. Поэтому оказывается, что эффек­тивность слоя отражателя толщиной Т≈1,5М [где М — длина миграции в отра­жателе] близка к эффективности слоя бесконечной толщины, и дальнейшее увеличение толщины отражателя бесполез­но. Для графита предельная тол­щина составляет около 90 см, для обыч­ной воды — приблизительно 10 см. При оценке отражателей толщиной, равной или большей 1,5М, можно принять, что эффек­тивная добавка равна длине миграции в материале отражателя.

Для каждого замедляющего вещества существует предельная тол­щина отражателя, превышение которой практически не сказы­вается на распределении потока тепловых нейтронов в актив­ной зоне. Эта предельная толщина отража­теля составляет:

для тяжелой воды…….80 см

графита……….120 см

Природная вода из-за сильного поглощения ею нейтронов не годится в качестве отражателя. Если толщина отражателя меньше 30% предельных значений, то эффективные добавки следует принимать равными толщине отражателя. При от­ражателе предельной толщины эффективные добавки можно принимать равными 50% толщины отражателя. Для промежу­точных значений толщины отражателя эффективные добавки можно находить линейной интерполяцией.

В современных энергетических реакторах одновременно применя­ются все перечисленные выше спо­собы выравнивания тепловыделе­ния. В результате достигаются следующие значения коэффициен­тов неравномерности: по радиусу 1,2-1,5; по высоте kz= 1,3-1,5; по объему 1,5‑2,5. Например, в реакторе типа ВВЭР это дало возможность снизить коэффициент kvв 2 раза: с 4,8 (реактор ВВЭР-210 на I блоке Нововоро­нежской АЭС) до 2,4 (реактор серийный ВВЭР-440).

В процессе работы реактора происходит выгорание топлива и поглотителя, соответственно изменя­ется распределение тепловыделения по активной зоне. Поэтому прово­дится изменение распределения по­глотителей во времени таким обра­зом, чтобы обеспечить минимизацию рассмотренных коэффициентов неравномерности.

1.5 Температурные эффекты в реакторе

Температурным эффектом реактивности реактора при рассматриваемой средней температуре теплоносителя в активной зоне называется величина изменения реактивности при его разогреве от 20оС до этой температуры. Из определения сразу следует, что величина температурного эффекта реактивности при температуре 20оСравна нулю. Этой условностью догово­рились определитьначало отсчетавеличины температурного эффекта. Поскольку в определении идёт речь об изменении реактивности, ве­личина температурного эффекта (как и всякая реактивность) обозначается символом ρt c нижним индексом «t», позволяющим отличать температурный эффект от реактивности любого другого происхождения. Почему ρt, а не Δρt, т.к. в определении речь идет обизменении реактивности? — Именно потому, что ρt(20oC) = 0.

Поскольку из определения можно понять, что величина температурного эффекта — изменяющаяся с температурой величина, нелишне указать в обо­значении, какой температуре соответствует данныйтемпературный эффект реактивности, — то есть полное обозначение ТЭР, исключающее какую-либо неопределённость толкования этой величины, должно быть ρt(t). Поэтому и изменение реактивности при разогреве реактора от 20о до произвольной средней температуры теплоносителя t будет равно:

Про анемометры:  Исследование и оценка радиационной обстановки (маршрутная гамма-съемка и радоноопасность территории)

Δρt(t) = ρt(t) — ρt(20oC) = ρt(t) — 0 = ρt(t)

из-за чего величина температурного эффекта реактивности при любой средней температуре теплоносителя t обозначается не Δρt, апросто ρt.

Наконец, поскольку ТЭР есть изменениереактивности реактора, то и измеряется онв единицах реактивности (в а.е.р.). Первые из указанных единиц чаще встречаются в научной и технической литературе (как более простые, интернациональные, понят­ные всем), а вторые — в операторской практике (они удобны в расчетах).

В определении ТЭРзафиксировано, что аргументом для функции ρt(t) являетсясредняя температура теплоносителя. С первого взгляда это ка­жется неверным, так как температурное поле в гетерогенной активной зо­не энергетического ВВР очень неоднородно: в топливе твэлов температура выше, чем температура оболочек твэлов, а температура оболочек твэлов — выше температуры теплоносителя, а, главное, что во всех материалах ак­тивной зоны в силу действия теплотехнических законов даже в стационар­ном режиме реактора температуры распределеныпо-разномуи в различных пределах. А так как нам уже понятно, что каждый материалпо-своему от­зывается на одинаковые изменения температуры, это означает, что каждый материал активной зоны даже при одинаковых изменениях в них температу­ры вносит в общий температурный эффект реактивности свою лепту темпе­ратурных изменений реактивности,отличающуюся по величине от вкладов в ТЭР реактора других материалов. При имеющемся в реальных реакторахнеодинаковом разогреве топлива, замедлителя, теплоносителя и других кон­струкционных материалов активной зоны вклады каждого материала в общий температурный эффект реактивности тем более неоднозначны, и потому од­но лишь изменение средней температуры теплоносителя не может быть ответственным за полное температурное изменение реактивности всего реак­тора. Понятно, что температурное изменение реактивности реактора должно определятьсянекоторойсреднеэффективнойвеличиной температуры ак­тивной зоны, в которой учитывались бы «весовые коэффициенты» темпера­турных изменений реактивности каждого материала и неравномерность ра­зогрева каждого материала активной зоны.

Однако для определения такой температуры потребовалось бы решить задачу чрезвычайной сложности, более обширную, чем детальный теплотех­нический и нейтронно-физический расчеты всего реактора.

В качестве определяющей температуры для оценки температурного эф­фекта реактивностивынужденно принимается средняя температура теплоно­сителя, поскольку это температура,которую легко практически измерить. Серии термопар, поставленных на входе и выходе активной зоны, дают по­сле усреднения результатов измерений точное представление о величинах температур теплоносителя на входе и выходе из активной зоны, а средняя арифметическая их величина

tтср = 0.5(tтвх tтвых) (10.1.1)

— достаточно точное представление о средней температуре теплоноси­теля в активной зоне; хотя от входа к выходу теплоноситель увеличивает температурунелинейно по длине ТВС, из-за небольшой разницы входной и выходной температур теплоносителя (не более 30 — 35оС) среднеарифмети­ческое значение температуры теплоносителя почти не отличается отсредневзвешенного её значения в активной зоне. К тому же практически измерение крайних температур теплоносителя иполучение электрического сигнала, пропорционального величине средней температуры теплоносителя, не представляет собой сложной технической задачи по сравнению с измерением даже лока­льной температуры топлива (для чего понадобилось бы сверлить герметич­ную оболочку твэла для осуществления вывода электрического сигнала от микротермопары внутри твэла).

Более того, приняв в качестве аргумента для функции температурного эффекта реактивностиреактора ρt(tт) среднюю температуру теплоносителя tт, мы по крайней мере получаем возможностьэкспериментально измерятьвеличину составляющей общего температурного эффекта реактивности реак­тора, которая определяется только изменением температуры теплоносителя (для этого надо медленно, равномерно разогревать работающий на минимально-контролируемом уровне мощности (МКУМ) реакторот постороннего источника тепла с тем, чтобы температура топлива в его твэлахнезначите­льно отличалась от температуры теплоносителя).

Если эксплуатировать ВВР от малых уровней мощности и до номиналь­ной её величиныпри постоянном расходе теплоносителя через его актив­ную зону, то появляется возможность экспериментально измерить величины температурного эффекта реактивности реактора путём его медленного или ступенчатого разогревасобственным теплом(путем медленного увеличения мощности реактора, обеспечивающегомалую скорость разогрева — не более 10оС/час, — при которой нестационарный режим разогрева реактора можно с должной степенью точности считатьквазистационарным). При этом изме­ренная экспериментально зависимость ρt(tт) будетоднозначной (по край­ней мере, на данный момент кампании), поскольку изменение среднеэффек­тивной температуры топлива на разных уровнях мощности в процессе разо­грева реактора будет в силу теплотехнических закономерностей взаимно­однозначно связано с изменением среднеэффективной температуры теплоно­сителя.

Зависимость температурного эффекта реактивности от средней температуры теплоносителя ρt(tт) является очень сложной функцией. Поэтому использо­вание аналитического выражения ρt(tт) (допуская, что его можно получить в годном для пользования виде) для оператора реакторной установки было бы неудобным: чем сложнее формула, которая её описывает, тем более гро­моздкие расчеты приходилось бы вести при решении простой задачи о тем­пературном изменении реактивности.

Но оператору зависимость ρt(tт) нужна для практического использо­вания, и пусть она будет не идеально-точной, но представлена она долж­на быть в такой форме, которая позволяла бы быстро оценивать величины температурных эффектов реактивности при различных средних температурах теплоносителя и оперативно находить температурные изменения реактивности реактора при заданных изменениях температур теплоносителя, не про­изводя при этом громоздких вычислений. Такой формой представления функцииρt(tτ) является ее график.

График ρt(tт) в эксплуатационной практике чаще называют просто кривой температурного эффекта реактивности (кривой ТЭР) реактора.

Хорошо и в приемлемом масштабе вычерченная по результатам послед­них нейтронно-физических измерений кривая ТЭР позволяет быстро снять величину ТЭР при нужной температуре теплоносителя и в считанные секун­ды вычислить температурное изменение реактивности при конкретном изме­нении средней температуры теплоносителя от tт1 до tт2:

Δρt = ρt(tт2) — ρt(tт1), (10.1.2)

независимо от того, идет ли речь о разогреве реактора (tт2 > tт1) или о его расхолаживании (tт2 < tт1). Следуя формуле (10.1.2), мы ни­когда не ошибемся в знаке температурного изменения реактивности: поло­жительная величина Δρt означает, что при изменении Δtт = tт2-tт1 имеет место высвобождение реактивности, а при Δρt < 0 — потеря реактивности за счёт изменения температуры активной зоны (отсчитываемого по измене­нию средней температуры теплоносителя).

Энергетическим реакторам свойственны кривые ТЭР трёх качественных типов (или форм), показанных на рис.10.1

Люмен, люкс, кандела, ватт, мощность светового потока. Как в этом разобраться? | День сурка

Кривая первого типа отличается восходящим до максимума характером с последующим снижением величины ТЭР, но вся она лежит в положительном квадранте величин ТЭР.
Кривая второго типа также имеет максимум, но в области значитель­но меньших температур, после чего она падает до нуля и переходит в от­рицательный квадрант величин ТЭР.
Кривая третьего типа имеет чисто падающий характер и целиком рас­полагается в отрицательном квадранте ТЭР при любых средних температу­рах теплоносителя.
Величины температурного эффекта, как следует из рис.10.1, могут быть положительными, отрицательными и даже принимать нулевые значения при некоторых (отличных от 20оС) температурах теплоносителя.

Несколько слов о градации температур теплоносителя в энергетичес­ких реакторах. Любой энергетический реактор предназначается для работы при определенной (расчетной) средней температуре теплоносителя, кото­рая называется номинальной средней температурой теплоносителя. Неболь­шой интервал температур, в пределах которого изменяется величина сред­ней температуры теплоносителя около номинального значения, называется зоной рабочих средних температур. Интервал температур от 20оС до наи­меньшего из значений рабочих температур называется зоной разогреваре­актора. Таким образом, после пуска реактора на минимально-контролируе­мый уровень мощности (МКУМ), чтобы окончательно привести реактор в ра­бочее состояние (как говорят: ввести реактор в энергетический режим), его разогревают с ограниченной скоростью путём медленного подъёма мощ­ности до тех пор, пока средняя температура теплоносителя не достигнет своей номинальной величины. При дальнейшей работе средняя температура теплоносителя в стационарных режимах поддерживается постоянной в силу естественных теплообменных свойств активной зоны на постоянном уровне мощности реактора, а в переходных режимах — ещё и корректируется сред­ствами автоматики регулирования реактора. Однако, точно расчётное зна­чение номинальной средней температуры теплоносителя выдержать не полу­чается даже средствами автоматической коррекции; именно в переходных режимах работы реактора величина средней температуры теплоносителя ко­леблется в пределах нескольких градусов около номинального значения.

Разница наибольшего и наименьшего значений температур при этом и составля­ет упомянутую выше зону рабочих средних температур. Температурный эффект реактивности при номинальной средней температуре теплоносителяназывается полным температурным эффектом реактивности реактора.

Величина полного температурного эффекта реактивности у реакторов может быть как положительной (кривая ТЭР 1 типа), так и отрицательной (кривые ТЭР 2-го и 3-го типов). Абсолютные величины полных ТЭР энерге­тических реакторов могут достигать 2 ¸ 3 %, а это, как предстоит убедить­ся далее, очень больщие реактивности, высвобождение которых может соз­дать ядерно-опасную ситуацию.

Температурным коэффициентом реактивности при данной средней температуре теплоносителя называется изменение реактивности реактора, вызванное его разогревом на 1оС сверх этой температуры.
ТКР обозначается αt(tт), измеряется в 1/оС или в %/оС.

Обратим внимание, что кривые ТЭР в некоторых интервалах темпера­тур имеют восходящий характер, а в некоторых — падающий. Интенсивность возрастания или убывания величины ρt с ростом температуры не может нас не интересовать (и особенно — в зоне рабочих средних температур), т.к. это — реакция реактора на каждый градус изменения его температуры, которую для поддержания заданной мощности реактора оператор обязан скомпенсировать введением (или извлечением) в активную зону подвижных поглотителей.
Предположим, реактор разогревается от некоторой конкретной темпе­ратуры теплоносителя tт на несколько градусов Δtт, и при этом темпера­турное изменение реактивности составляет Δρt; отсюда следует, что сред­няя величина изменения температурного эффекта реактивности на 1о этого интервала температур будет равна:

αt = Δρt/Δtт,

Но это — только средняя величина ежеградусного изменения темпера­турного эффекта реактивности в интервале температур от tт до tт Δtт, а при сужении интервала изменения температур Δtт до элементарного (dt) в пределе получается локальное изменение температурного эффекта реактив­ности реактора при температуре tт:

Это и есть локальная величина температурного коэффициента реактив­ности реактора при температуре tт. Как видим, по отношению к функции температурного эффекта ρt(tт) величина αt — есть не что иное, как пер­вая производная функции температурного эффекта по средней температуре теплоносителя. Вот почему температурный коэффициент реактивности назы­вают дифференциальной мерой влияние температуры на реактивность реак­тора, в отличие от величины температурного эффекта реактивности:

Люмен, люкс, кандела, ватт, мощность светового потока. Как в этом разобраться? | День сурка

который является интегральной мерой этого влияния.
Поскольку первая производная любой функции интерпретируется как тангенс угла наклона касательной к графику функции в данной точке, по­ложительный знак at при рассматриваемой температуре tт свидетельствует, что функция температурного эффекта при этой температуре являются воз­растающей, а отрицательность at, напротив, означает, что функция тем­пературного эффекта при рассматриваемой температуре tт убывает.
Форма кривых ТЭР 1 и 2-го типов, изображенных на рис.10.1, говорит о том, что в интервале температур от 20оС до температуры, соответству­ющей максимуму кривой ТЭР, температурный коэффициент реактивности положителен, при температурах максимумумов — он равен нулю, а при более высоких температурах — отрицателен. Реактору с кривой ТЭР третьего ти­па отрицательный ТКР свойственен во всем диапазоне средних температур теплоносителя.
Оператору часто приходится решать задачи по оценке температурных изменений реактивности реактора при сравнительно небольших (в пределах <10оС) изменений средней температуры теплоносителя (Δtт). Кривой ТЭР в таких случаях пользоваться неудобно, поскольку она чаще всего вычерчи­вается в довольно крупном масштабе по оси температур (на одно деление приходится 5 ¸ 10оС), и попытка снять малое изменение реактивности может обернуться большой относительной погрешностью из-за недостаточной ост­роты зрения и недостаточного качества исполнения графика ТЭР. В этом случае для нахождения Δρt пользуются тем, что в относительно небольшом интервале любая нелинейная зависимость мало отличается от линейной, и находят температурное изменение реактивности по формуле:

Δρt ≈ αt(tт) Δtт (10.1.5)

Разумеется, для этого нужно знать величину αt при температуре tт. Поэтому для нахождения Δρt при небольшом (менее 10оС) изменении средних температур теплоносителя в активной зоне (Δtт) пользуются фор­мулой (10.1.5), а для более широких изменений температур теплоносителя (Δtт>10оС), в пределах которых нелинейностью функции ρt(tт) пренебре­гать нельзя, — формулой (10.1.2).

§

Кампания ядерного реактора — время работы реактора с одной и той же загрузкой ядерного топлива.

Когда весь запас реактивности реактора исчерпан, то есть когда компенсирующие стержни заняли свое предельное конечное положение, цепная реакция сама собой прекращается. Она может быть возобновлена только после замены урана в активной зоне. Разумеется, что величину кампании энергетического реактора желательно иметь возможно большей, поскольку получаемая энергия тем дешевле, чем больше её производится при одной загрузке урана. Однако продолжительность кампании ограничена некоторым минимальным значением критической массы. Часть делящегося материала, составляющая эту критическую массу в конце кампании, из-за прекращения цепной реакции делению не подвергается, выгружается из реактора и в дальнейшем может быть использована только после надлежащей переработки урана, если такая переработка оправдана.

Реакторы на естественном уране имеют малый начальный запас реактивности и их кампании обычно определяются этим запасом. В реакторах с обогащённым ураном запас реактивности может быть сделан большим. Однако имеется ещё одно ограничение продолжительности кампании реактора, связанное с реакцией материала тепловыделяющих элементов на накопление продуктов деления. В результате деления ядра вместо одного атома образуются два новых, суммарный объём которых примерно в 2 раза больше объёма разделившегося атома, поскольку все атомы имеют примерно одинаковые объёмы. Помимо этого, новые атомы не могут помещаться в узлах кристаллической решётки урана и размещаются в решётке произвольно. Наконец, существенно, что значительная часть продуктов деления — газы. В результате накопление продуктов деления сопровождается появлением внутренних перенапряжений в материале, повышением давления газа, что в конце концов приводит к образованию трещин, вздутий и деформации тепловыделяющих элементов. Срок службы основного оборудования реактора много больше, чем урановых элементов, и последние по завершении кампании должны выгружаться из активной зоны. Однако эта операция становится невозможной в случае их деформации. Кроме того, у повреждённых ТВЭЛов нарушается герметичность покрытия, и радиоактивные газы проникают в теплоноситель. Все это означает, что срок службы урановых блоков в ядерном реакторе должен определяться их стойкостью по отношению к разрушительному воздействию накапливающихся продуктов деления. Соответственно, кампания реактора должна определяться, прежде всего, указанной стойкостью тепловыделяющих блоков, а начальный запас реактивности должен быть таким, чтобы он полностью истощался к концу срока пребывания урановых блоков в реакторе. В противном случае по окончании кампании из реактора будет выгружаться лишнее количество неиспользованного делящегося материала, что невыгодно.

Про анемометры:  Картирование потоков создания ценности

Накопление продуктов деления характеризуется их количеством в граммах, приходящимся на тонну урана. Однако непосредственное измерение массы продуктов деления крайне сложно. Зато всегда известно полное количество энергии, выделившейся в активной зоне реактора при делении. Поскольку же деление 1 г урана сопровождается освобождением примерно 1 МВт·сутки тепловой энергии и образованием около 1 г продуктов деления, то число выработанных мегаватт-суток тепловой энергии приблизительно равно числу граммов продуктов деления. Полная масса загруженного в реактор урана также известна. Поэтому количество накопившихся продуктов деления выражают в единицах МВт·сутки/т — количеством мегаватт-суток на тонну урана.

Каждый материал характеризуется своим пределом по накоплению продуктов деления — допустимой глубиной выгорания делящихся атомов. Глубина выгорания для металлического урана составляет 3000—3500 МВт·сутки/т, но для его соединений может быть много больше. Например, оксид урана является веществом пористым и поэтому способным накопить много больше, чем металлический уран, продуктов деления без видимых нарушений формы тепловыделяющего элемента — до 20 000 МВт·сутки/т, а возможно, и больше — до 100 000 МВт·сутки/т. Тонна естественного урана содержит около 7 кг 235U. Глубина выгорания 3500 МВт·сутки/т соответствует делению 3,5 кг атомов. Однако не все продукты деления происходят от 235U, ведь в реакторе накапливается 239Pu, который также участвует в делении. Поэтому часть продуктов деления получается из плутония, и 235U расходуется меньше, чем получается продуктов деления. Чем выше допустимая глубина выгорания, тем больше длительность кампании реактора и тем экономичнее ядерная энергетическая установка с заданным топливом. Однако большие глубины выгорания предполагают обогащённый уран, который намного дороже естественного. Минимальная критическая масса в конце кампании меньше в том случае, если топливом является металлический уран, а не его соединения, например, с кислородом. Поэтому экономичность применения того или иного вида ядерного топлива определяется многими факторами.

§

Корпус реактора.

Корпус реактора предназначен для размещения внутрикорпусных устройств и активной зоны реактора. Теплоносителем и замедлителем в корпусе реактора является химочищенная вода с концентрацией борной кислоты 0-16 гр/кг. Представляет собой сварной цилиндрический сосуд высокого давления с эллиптическим днищем и состоит из фланца, зоны патрубков, опорной обечайки, цилиндрической части и эллиптического днища. Фланец и все обечайки выполнены цельноковаными, днище -штампованное из заготовки. Патрубки Ду 850 вытянуты из основного металла обечайки зоны патрубков методом горячей штамповки. Корпус реактора изготовляется из стали 15Х2НМФА, толщина цилиндрической части корпуса (без наплавки) — 192,5 мм, масса корпуса 324,4 тонн. На внутренней поверхности фланца выполнен бурт для опирания шахты. На верхнем торце фланца имеются резьбовые гнезда под шпильки главного разъема и кольцевые канавки для размещения прутковых уплотнительных прокладок, а также предусмотрена контактная поверхность для прокладок. Для контроля протечек уплотнения главного разъема во фланце выполнено специальное сверление со штуцером. Зона патрубков состоит из двух обечаек, в каждой из которых имеется по 4 главных циркуляционных патрубка Ду 850 — в нижней обечайке для входа теплоносителя, в верхней — для выхода. На уровне осей верхнего и нижнего рядов патрубков Ду 850 расположены по 2 (всего 4) отверстия с патрубками Ду 350 для организации аварийного охлаждения активной зоны реактора.

На уровне осей верхнего ряда патрубков Ду 850 расположено также отверстие с патрубком Ду 250 для вывода 9 импульсных трубок КИП — контроля давления в реакторе, перепада давления на активной зоне, замера уровня в реакторе и пробоотбора из реактора -с отключающими устройствами. На внутренней поверхности верхней обечайки зоны патрубков ниже уровня патрубков Ду 850 приварено кольцо — разделитель потока теплоносителя. Внутренний диаметр кольца выбран из условия нулевого зазора между ним и шахтой реактора при рабочей температуре для сведения к минимуму перетечки из «холодных» в «горячие» петли минуя активную зону реактора. Согласно сборочным чертежам РУ в холодном состоянии этот зазор равен 6 мм. К внутренней поверхности цилиндрической части корпуса приварено 8 кронштейнов-виброгасителей, выполненных из нержавеющей стали, для крепления нижней части шахты. На наружной поверхности опорной обечайки расположен опорный бурт со шпоночными пазами для закрепления реактора на опорном кольце. Вся внутренняя поверхность корпуса покрыта антикоррозийной наплавкой толщиной 7-9 мм. В районах соприкосновения с крышкой, шахтой, прокладкой, в местах приварки кронштейнов, деталей крепления трубок КИП, на внутренней поверхности всех патрубков антикоррозийная наплавка имеет толщину не менее 15 мм. На наружной поверхности фланца нанесена наплавка для приварки разделительного сильфона.

Плотность главного разъема обеспечивается путем обжатия двух никелевых прутковых прокладок (0 5 мм), которые устанавливаются в место контакта фланцев крышки и корпуса в V-образные кольцевые канавки на фланце корпуса. Затяжка шпилек производится с помощью гайковерта, работающего по принципу вытяжки шпилек со свободным доворачиванием гаек. Гайковерт снабжен гидравлическими домкратами, подвижная часть которых навинчивается на выступающие концы шпилек. В полости домкратов подается масло под высоким давлением. За счет этого домкраты растягивают шпильки на величину, необходимую для правильной затяжки главного разъема. Контроль вытяжки шпилек ведется по измерительному стержню, помещенному во внутреннюю полость шпильки. При конструировании и изготовлении корпусов ВВЭР ставится задача обеспечения многолетней надежной эксплуатации реактора в различных режимах. Корпус реактора работает в очень жестких условиях: высокие давление и температура теплоносителя, мощные потоки радиоактивного излучения, значительные скорости теплоносителя, который даже при высокой степени чистоты является коррозионно-активной средой. Для контроля состояния металла корпуса реактора разрушающими методами устанавливаются образцы-свидетели корпусной стали, предусматривается 6 сроков освидетельствования. Для каждого срока освидетельствования предусмотрено по одному комплекту облучаемых образцов и по одному комплекту температурных образцов.

Верхний блок реактора.

Верхний блок с крышкой и проводами ШЭМ предназначен для размещения органов управления и защиты реактора и организации замкнутого объема для создания давления в реакторе. Вышеуказанный комплекс представляет собой конструкцию, состоящую из крышки с патрубками, из металлоконструкций с траверсой и установленных приводов системы управления и защиты реактора, выводов разъемов КНИ и ТК. Материал верхнего блока: крышка — 15Х2МФА, металлоконструкция — ВСтЗ, чехол, привода, механическая часть -08Х18Н10Т. Масса верхнего блока — 116 тонн. Крышка реактора является одним из основных узлов верхнего блока и предназначена для уплотнения реактора, размещения приводов ШЭМ, размещения выводов коммуникаций системы внутриреакторного контроля и их уплотнения, удержания от всплытия кассет, БЗТ и шахты реактора. Крышка реактора имеет тарельчатую форму и представляет собой штампосварную конструкцию, состоящую из «усеченного» эллипсоида и фланца. Внутренняя поверхность тарельчатой части и торцевая поверхность крышки покрыты антикоррозионной наплавкой. На торцевой поверхности фланца предусмотрена контактная поверхность для прутковых прокладок уплотнения главного разъема. На крышке расположен 61 патрубок ШЭМ, служащий для крепления корпусов статоров приводов и прохода захватов органов регулирования, 14 патрубок ТК и 16 патрубков ЭВ, патрубок воздушника реактора и 6 цилиндрических бобышек с резьбовыми гнездами для установки штанг металлоконструкции верхнего блока.

Все патрубки СУЗ, КНИ, ТК имеют одинаковые присоединительные размеры фланцевых разъемов с канавками для установки двух прокладок: никелевой для собственно уплотнения разъема и асбестовой — для образования полости сбора протечек. Во всех фланцах указанных патрубков (91 патрубок) сделаны отверстия с трубочками, которые группируются и заводятся в 6 датчиков контроля плотности разъемов патрубков. Во фланце крышки выполнены 54 сквозных отверстия для прохода шпилек главного разъема и резьбовые гнезда для закрепления системы центровки верхнего блока и промежуточного кольца.

§

БЗТ предназначен для фиксации и дистанционирования головок тепловыделяющих сборок, удерживания тепловыделяющих сборок от всплытия, защиты органов регулирования и штанг приводов СУЗ реактора от воздействия потока теплоносителя (температура теплоносителя на выходе из A3 реактора до 320 °С, скорость теплоносителя до 5,7 м/сек, концентрация РБК до 16 гр/л), обеспечения разводки направляющих каналов системы внутриреакторного контроля, обеспечения равномерного выхода теплоносителя по сечению активной зоны. БЗТ представляет собой сварную металлоконструкцию, состоящую из верхней, средней и нижней плит, связанных между собой перфорированным корпусом и защитными трубами СУЗ, каналов ВРК (ТК и КНИ).

Материал БЗТ — сталь 08Х18Н10Т, масса 60 тонн. В 61 защитную трубу устанавливаются каркасы, в которых перемещаются органы регулирования (кластеры с ПЭЛ). В защитных трубах ВРК размещены плотные чехлы под термоэлектрические преобразователи и направляющие каналы для сборок КНИ. Над верхней плитой каналы внутриреакторного контроля СВРК группируются в 30 пучков, 14 пучков ТК по 7 плотных чехлов и 16 пучков КНИ по 4 направляющей трубы в каждом пучке. К верхней плите крепления опорная обечайка с фланцем, через который БЗТ прижимается крышкой ВБ к головкам кассет активной зоны реактора. На верхней плите имеются отверстия для транспортировки и технологических операций с БЗТ.

Для обеспечения циркуляции теплоносителя под крышкой верхнего блока в средней и верхней плитах предусмотрена перфорация, а во фланце опорной обечайки -щели. На внутренней поверхности опорной обечайки размещаются необлучаемые температурные образцы — свидетели корпусной стали. Ориентация БЗТ в плане осуществляется с помощью шпонок, приваренных к опорной обечайке БЗТ и входящих в соответствующие пазы во фланце шахты реактора. В шахте на уровне нижней плиты БЗТ закреплены шпонки, подогнанные к контактирующим поверхностям соответствующих пазов, выполненных в БЗТ. Блок защитных труб ставится нижней плитой на подпружиненные головки кассет, тем самым поджимая их и препятствуя возникновению их вибрации, и в свою очередь сам поджимается сверху фланцем крышки при затяжке главного разъема. Компенсация технологических допусков и термических напряжений происходит за счет подпружиненной головки ТВС.

Выгородка.

Выгородка предназначена для формирования активной зоны реактора и дистанционирования периферийных кассет, снижает утечку нейтронов из реактора и служит нейтронной защитой корпуса реактора. Выгородка также уменьшает протечки воды помимо активной зоны реактора. Выгородка представляет собой обечайку, состоящую из нескольких колец. Материал выгородки — сталь 08Х18Н10Т, масса 35 тонн. Кольца скреплены между собой с помощью шпилек и фиксируются штифтами. Внутренняя конфигурация колец повторяет профиль, образованный гранями кассет активной зоны. Для охлаждения на кольцах имеются продольные каналы. При установке выгородки на граненый пояс шахты, каналы в выгородке совпадают с отверстиями в граненом поясе шахты.

В шести сквозных отверстиях выгородки установлены трубы с резьбой в нижней части, предназначенные для жесткого закрепления выгородки в шахте от всплытия путем вворачивния их в граненый пояс шахты и одновременно используемые под установку датчиков системы контроля перегрузки (СКП). В верхней части выгородки также устанавливаются контейнерные сборки с облучаемыми образцами-свидетелями корпусной стали. В верхней части выгородка фиксируется с помощью шпонок, закрепленных на внутренней поверхности шахты. Выгородка в плане зафиксирована относительно шахты 3-мя штырями, равномерно расположенными на граненом поясе шахты. Выем выгородки из реактора производится совместно с шахтой. Таким образом, выгородка неподвижно крепится в нижней части в шахте, а верхняя часть выгородки имеет возможность температурного перемещения относительно стенки шахты реактора.

Привод ШЭМ.

Данное устройство предназначено для перемещения регулирующего органа системы управления и защиты реактора (кластера). Приводы СУЗ вместе с органами регулирования являются исполнительными механизмами системы управления и защиты реактора, с помощью которых осуществляется пуск, регулирование мощности и останов реактора путем введения в активную зону или выведения из нее органов регулирования. В серийном реакторе ВВЭР-1000 устанавливается 61 привод СУЗ типа ШЭМ. Представляет собой электромагнитный привод с возвратно-поступательным движением якоря. Привод рассчитан на работу в воде 1 контура под давлением. Привод состоит из блока перемещения, электромагнитного блока, чехла, штанги и датчика положения. Принцип действия привода основан на возвратно-поступательном перемещении полюсов электромагнитов тянущего блока, расположенного внутри плотного чехла. При прямом ходе штанга, находящаяся внутри плотного чехла и соединенная с органом регулирования, перемещается магнитным полем тянущего электромагнита дискретными шагами по 20 мм. При возвратном перемещении полюса тянущего электромагнита штанга удерживается специальной защелкой, управляемой электромагнитом фиксирующего узла. Фиксирующий узел также служит для удержания штанги в требуемом неподвижном положении. Режим перемещения привода обеспечивается подачей фиксирующих импульсов тока, коммутируемых в определенной последовательности в схеме управления привода, в результате чего связанные с неподвижными полюсами запирающая защелка перемещает штангу, а фиксирующая удерживает ее между перемещениями. Полный ход привода — 3500 миллиметров. Опускание рабочего органа СУЗ в нижнее положение при срабатывании аварийной защиты происходит самоходом за время 3-4 секунды под действием веса штанги привода и пучка ПЭЛ (их общий вес 35 кг) из-за принудительного обесточивания привода СУЗ.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий