Detail předmětu
Reaktorová fyzika a termomechanika jaderného paliva
FEKT-MPC-RFPAk. rok: 2025/2026
Zajišťuje Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Cílem předmětu je uvést studenta do problematiky provozu jaderné elektrárny. Student se seznámí se základními fyzikálními principy, které umožňují provoz jaderného reaktoru. Dále se student seznámí s tím, jak se tyto fyzikální zákony projevují do podmínek bezpečného provozování jaderného reaktoru. Důraz je kladen na detailní znalosti chování jaderného paliva v průběhu vyhořívání, jelikož jeho chování a vlastnosti jsou nejvýznamnějšími proměnnými. Samostatná část předmětu je věnována bezpečnostním limitům. Součástí předmětu bude i ukázka práce se specializovaným softwarem a vhled do práce inženýra bezpečnostních analýz. Student tedy získá komplexní znalosti, které budou přidanou hodnotou pro jeho orientaci v praxi. V předmětu je kladen důraz na porozumění obsáhlého teoretického základu problematiky generování tepla v jaderném reaktoru a souvislost této problematiky s bezpečným provozem jaderné elektrárny. Dále je kladen důraz na řešení praktických příkladů a úloh demonstrujících závislosti, které napomáhají k lepšímu pochopení vysvětlované látky. Součástí předmětu jsou numerická cvičení a počítačové cvičení.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Jsou požadovány znalosti na úrovni úspěšně ukončeného bakalářského studia.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Hodnocení předmětu se skládá z těchto částí:
1) Hodnocení cvičení formou zápočtových testů a samostatného či skupinového semestrálního projektu. Na základě splnění 50% bodů ze zápočtových testů a odevzdání samostatné práce je udělen zápočet. Samostatná práce je bodově hodnocena a tvoří 10% hodnocení předmětu.
2) Hodnocení závěrečného zkouškového testu.
Poměr procentních bodů z jednotlivých částí výuky a podmínky získání zápočtu a zkoušky mohou být detailně upřesněny vyučujícím na začátku semestru.
Přednášky z předmětu jsou nepovinné, avšak jejich návštěva je doporučována. Na přednáškách je zcela vysvětlena zkoušená problematika a studenti jsou upozorněni na řadu klíčových a kolizních otázek a úloh.
U přednášek odborníků z praxe je kontrolována prezence. V případě neúčasti je studentovi zadána samostatná práce na přednášené téma. Tato samostatná práce nemá vliv na udělení zápočtu, student ji však prezentuje zkoušejícímu na ústní zkoušce. Účast na cvičeních (klasická, laboratorní, počítačová) je povinná. V případě omluvené absence ze zdravotních nebo jinak zřetele hodných důvodů je studentovi umožněno si výuku nahradit. Pokud to není z organizačních důvodů možné, je studentovi zadána samostatná práce, jejíž odevzdání je nutnou podmínkou udělení zápočtu.
Teoretická část písemného testu bude formou e-Learningového testu z databáze testových otázek (náhodný výběr z předem daného souboru otázek) - 30 %. Praktická písemná část obsahuje příklady obdobné těm, jež byly řešeny na cvičeních. Student z této části může získat 30% bodů z celkového hodnocení. Ústní zkouška tvoří dalších 30% bodů z celkového hodnocení, student si losuje 2 otázky ze seznamu 20 témat zveřejněných na začátku výuky v e-Learningu.
Učební cíle
Základní literatura
John R. Lamarsh, Anthony Baratta: Introduction to Nuclear Engineering, Pearson publ. 2001, ISBN ISBN 978-0201824988 (EN)
Neil E. Todreas, Mujid S Kazimi, Mahmoud Massoud: Nuclear Systems Volume II: Elements of Thermal Hydraulic, CRC Press 2021, ISBN 978-1482239584 (EN)
Neil E. Todreas, Mujid S Kazimi: Nuclear Systems Volume I: Thermal Hydraulic Fundamentals, CRC Press 2011, ISBN 978-1439808870 (EN)
Olander, D. R.: Fundamental aspects of nuclear reactor fuel elements, California Univ., Berkeley 1976, TID-26711-P1, TRN: 08-019392 (EN)
Olander D.R.: A New Book: Light-Water Reactor Materials, Nucl. Engin & Technol. 37, 2005 (EN)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program MPC-JAE magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Základní pojmy z fyziky ionizujícího záření, radioaktivní rozpady, reakce neutronů, účinné průřezy
2. Štěpení jader, neutronové výtěžky, energetické výtěžky, okamžité a zpožděné neutrony
3. Časový průběh štěpné řetěžové reakce, koeficient násobení, reaktivita, ustálený stav, generace neutronu
4. Prostorové rozložení neutronů v jaderném reaktoru, Fickův zákon, odvození difúzní rovnice
5. Rozbor difúzní rovnice v nenásobícím a násobícím prostředí, difúzní délka, Fermiho stáří, migrační plocha neutronů
6. Kritická rovnice, transportní rovnice
7. Vývin tepla v jaderném reaktoru, koeficienty nevyrovnání výkonu
8. Vývin tepla v palivovém elementu, rozložení teplot v palivovém proutku
9. Chlazení palivového elementu, teorie horkého kanálu
10. Fyzikální procesy v palivu a pokrytí v průběhu vyhořívání
11. Chování paliva v havarijních podmínkách a bezpečnostní limity
12. Počítačové simulace a matematické modelování v reaktorové a neutronové fyzice a havarijní analýzy
Cvičení na počítači
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Cvičení s programem FEMAXI
2. Seznámení s programem UWB/MCNP
3. Seznámení s programem MELCOR
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Určování difúzní délky neutronů ve vodě, grafitu a parafínu
2. Závislost moderačních parametrů na teplotě a hustotě moderátoru
3. Závislost efektivních účinných průřezů na neutronovém spektru
Cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Výpočet parametrů vyhořívání jaderného paliva
2. Řešení difúzní rovnice