MW-MB-ET-22 Reaktorphysikalische Aspekte

Qualifikationsziele

Die Studierenden kennen die physikalischen Grundlagen, die zur Ausle-gung eines Kernreaktors und zur Durchführung von Kernniveaurech-nungen notwendig sind. Sie besitzen detaillierte Kenntnisse der physi-kalischen Zusammenhänge und Prozesse in der Spaltzone von Kernre-aktoren bis hin zu den Bedingungen für das Zustandekommen von stabilen Kettenreaktionen und kennen den Aufbau der Spaltzone von Kernreaktoren und die räumliche Verteilung der Neutronenflussdichte im stationären Zustand. Sie verstehen das zeitabhängige Verhalten des Reaktors unter Verwendung der punktkinetischen Näherungen und über das Raum-Zeit-Verhalten von Leistungsreaktoren.

Inhalte

Inhalte des Moduls sind, ausgehend von Atomaufbau, Kernbindungs-energie, Kernreaktionen, energieabhängigem Wirkungsquerschnitt und Reaktionsrate, die Bedingungen für das Zustandekommen von stabilen Kettenreaktionen, die Bedingungen für den Aufbau der Spaltzone von Kernreaktoren und die räumliche Verteilung der Neutronenflussdichte im stationären Zustand. Es umfasst das zeitabhängige Verhalten des Re-aktors unter Verwendung der punktkinetischen Näherungen, die Herlei-tung und Lösung der punktkinetischen Gleichungen sowie die Definition von Reaktivitätskoeffizienten und deren Wirkung auf das Regelverhalten des Kernreaktors. Inhalte des Moduls sind weiterhin Grundlagen des Raum-Zeit-Verhalten von Leistungsreaktoren, Grundlagen der Reaktor-sicherheitsberechnungen anhand der Lösungsstruktur der kinetischen Gleichungen sowie die Ableitung von Differentialgleichungen, die das in-stationäre Verhalten von Leistungsreaktoren beschreiben. Das Modul beinhaltet die 3D-Reaktordynamik anhand von verschiedenen Transien-ten, die Grundzüge der stabilen Auslegung von Kernreaktoren und Ele-menten sowie eine Übersicht über die Stabilitätstheorie nichtlinearer dynamischer Systeme.

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Qualification goals

The students know the physical basics that are necessary for the design of a nuclear reactor and for carrying out core level calculations. They have detailed knowledge of the physical relationships and processes in the fission zone of nuclear reactors up to the conditions for the occurrence of stable chain reactions and know the structure of the fission zone of nuclear reactors and the spatial distribution of the neutron flux density in the steady state. They understand the time-dependent behaviour of the reactor using the point kinetic approximations and about the space-time behaviour of power reactors.

Contents

Contents of the module are, starting from atomic structure, nuclear binding energy, nuclear reactions, energy-dependent cross-section of action and reaction rate, the conditions for the occurrence of stable chain reactions, the conditions for the structure of the fission zone of nuclear reactors and the spatial distribution of the neutron flux density in the steady state. It includes the time-dependent behaviour of the reactor using the point kinetic approximations, the derivation and solution of the point kinetic equations as well as the definition of reactivity coefficients and their effect on the control behaviour of the nuclear reactor. Contents of the module are furthermore basics of the space-time behaviour of power reactors, basics of reactor safety calculations on the basis of the solution structure of the kinetic equations as well as the derivation of differential equations, which describe the transient behaviour of power reactors. The module includes 3D reactor dynamics on the basis of various transients, the basic features of the stable design of nuclear reactors and elements as well as an overview of the stability theory of non-linear dynamic systems.

Teaching and learning methods

Lecture 3 SWS, tutorial 1 SWS, practical exercises (simulation and experiments at AKR-2) 1 SWS, self-study.