Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ) Белорусский государственный университет (БГУ)

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ)
Белорусский государственный университет (БГУ)
Международная студенческая олимпиада “Ядерная физика и ядерные технологии”
Секция “Физика ядерного реактора”
№_____________________
_____________________
(регистрационный номер)
(не заполнять)
ФИО участника________________________________________________________________
Вуз ______________________________ Курс_______________ Группа_________________
Направление /специальность/программа подготовки_________________________________
______________________________________________________________________________
(бакалавриат, специалитет, магистратура)
_______________________________Личная подпись
Задача №1 (20 баллов)
Безумный физик решил облучить в тепловой колонне реактора серебряное кольцо
своего прадедушки, массой 10 г и состоящее исключительно из изотопа серебра-109.
Облучал
он под тепловыми нейтронами в течение 300 секунд. Определите, сколько
накопил он изотопа серебра-110 за это время, сколько будет этого изотопа через 300 секунд
после конца облечения.
Данные:
Сечение
(n,γ), барн
T1/2, c
Ag-109
90,81
Ag-110
82,85
стабилен
24,56
1
Плотность потока в месте облучения: 1015 см2 ∙с
Задача №2 (30 баллов)
Реактор ВВЭР имеет начальный запас реактивности 𝛥𝜌 = 0,049. Для компенсации
этого запаса требуются подобрать число групп стержней, вес одной группы: 0,9βэфф.
Реактор имеет следующие характеристики: высота активной зоны составляет 3 м, а радиус
1,5 м; коэффициент размножения на быстрых нейтронах μ = 1,044; разница в возрасте
мгновенных и запаздывающих нейтронов составляет 𝛥𝜏 = 310 см2 ; доля запаздывающих
нейтронов в реакторе β = 31,8∙10-4. Определите число групп стержней для компенсации
реактивности.
1
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ)
Белорусский государственный университет (БГУ)
Международная студенческая олимпиада “Ядерная физика и ядерные технологии”
Секция “Физика ядерного реактора”
Задача №3 (30 баллов)
В космических ЯЭУ основной вклад в массу и габариты установки дает холодильник
- излучатель: с ростом площади поверхности излучателя растет и масса установки.
Оцените, при каком к.п.д установки электрическая мощность в расчете на единицу
поверхности холодильника излучателя будет максимальной. К.п.д. установки составляет 
от к.п.д. цикла Карно за счет необратимости преобразования энергии. Тепловая мощность
установки QТ = 1 МВт. Произвести расчет при  = 80%.
Задача № 4 (10 баллов)
Определить массу радиоактивного изотопа
137
55𝐶𝑠
с которым может в течение
недели находится рядом человек без специальных средств защиты. Считать, что за это
время человек получает предельно допустимую годовую дозу (2 бэр/год = 50 мЗв/год).
Расстояние от человека до радиоактивного вещества поддерживается на уровне 1 метра.
Считать, что за это время вещество образца
137
55𝐶𝑠
распадается в стабильный изотоп
137
56𝐵𝑎
через β-распад. Период полураспада равен 30,17 лет, коэффициент качества излучения
составляет К = 1, средняя энергия β-частиц составляет Е = 1,2 МэВ. Человек, массой 100 кг
и площадью фронтальной поверхности 1 м2, находится около радиоактивного вещества
круглосуточно.
Задача №5 (10 баллов)
На экспериментальной установке, схема которой представлена на рис. 1,
проводилось измерение теплопроводности неизвестного материала. Измеряемый образец
был изготовлен в виде цилиндра, диаметром 10,0±0,1 мм и длиной 25,0±0,1 мм и
помещался
между
двумя
контактными
пластинами.
Нижняя
пластина
снабжена
нагревателем, осуществляющим нагрев образца, верхняя пластина теплоизолирована. К
образцу подведены две термопары, регистрирующие температуру образца в двух точках (Т1
и Т2). Образец, находится в вакуумированном и экранированном объеме (утечками тепла в
окружающую среду можно пренебречь).
В начале измерения образец термостатирован при определенной температуре с
помощью внешней печи. Затем включается нагреватель и образец выходит на режим
регулярного нагрева. Определите коэффициент теплопроводности, используя таблицу и
рис. 2, содержащие экспериментальные данные, снятые во время измерений, и оцените
погрешность. Считать погрешность измерения температуры равной ±0,04 °С.
2
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ)
Белорусский государственный университет (БГУ)
Международная студенческая олимпиада “Ядерная физика и ядерные технологии”
Секция “Физика ядерного реактора”
Термопарные
вводы
Вакуумный
объем
Теплоизолирующая
пластина
Печь
Образец
Нагреватель
Контактная
пластина
к источнику
тока
Рис.1. Схема экспериментальной установки.
3
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ)
Белорусский государственный университет (БГУ)
Международная студенческая олимпиада “Ядерная физика и ядерные технологии”
Секция “Физика ядерного реактора”
350
345
340
Температура, °С
335
330
325
320
315
310
305
300
295
0
10
20
30
T1
40
50
60
70
T2
Время, с
Рис.2. Термограммы измерений.
4
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ)
Белорусский государственный университет (БГУ)
Международная студенческая олимпиада “Ядерная физика и ядерные технологии”
Секция “Физика ядерного реактора”
Таблица. Экспериментальные данные
Сила тока на нагревателе, А
0,080±0,003
Напряжение
24±0,1
на нагревателе, В:
Время, с
0
2
4
6
8
9
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
Показания
Показания
термопары
термопары
№1 (Т1), °С
№2 (Т2), °С
300
307,82
311,05
313,52
315,60
316,54
317,43
319,08
320,59
322,00
323,33
324,58
325,78
326,92
328,02
329,07
300
300
300,00
300,00
300,04
300,07
300,12
300,27
300,50
300,79
301,15
301,57
302,05
302,58
303,15
303,75
Время, с
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
Показания
Показания
термопары
термопары
№1 (Т1), °С
№2 (Т2), °С
330,10
331,10
332,07
333,03
333,96
334,88
335,79
336,68
337,57
338,44
339,31
340,17
341,02
341,87
342,72
343,56
304,39
305,05
305,74
306,45
307,18
307,92
308,68
309,44
310,22
311,01
311,80
312,60
313,40
314,21
315,02
315,84
5