Atomreaktor szimuláció

 Egy reaktor-kinetikai modellt (PRKE) valósít meg, a maghasadás láncreakciójának időbeli alakulását, a hőmérséklet-visszacsatolást és a szabályzórudak hatását modellezi.

------------------

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

# 1. Állandók és kezdeti paraméterek

k_eff = 1.05              # Hatásos szorzási tényező (kissé szuperkritikus)

beta = 0.0065             # Késleltetett neutronok hányada (urán üzemanyag)

lambda_n = 0.08           # Késleltetett neutronok bomlási állandója (1/s)

Prompt_gen = 0.00001      # Neutron generációs idő (s)

c_initial = beta / Prompt_gen  # Kezdeti késleltetett neutron prekurzor koncentráció

P_0 = 100.0               # Kezdeti termikus teljesítmény (MW)

# Hőmérsékleti visszacsatolási együttható és hűtési paraméter

alpha_temp = -0.002       # Reaktivitási hőmérsékleti együttható (1/K)

T_0 = 300.0               # Hűtőközeg kezdeti hőmérséklete (K)

heat_capacity = 0.5       # Hőkapacitás paraméter

cooling_rate = 0.1        # Hűtési ráta

# 2. Időbeli paraméterek

t_start = 0.0

t_end = 60.0

dt = 0.1

time_steps = int((t_end - t_start) / dt)

# Adattárolók a vizualizációhoz

time_array = np.zeros(time_steps)

power_array = np.zeros(time_steps)

temp_array = np.zeros(time_steps)

# Kezdeti értékek beállítása

P = P_0

C = c_initial

T = T_0

# 3. Szimulációs ciklus (Euler-módszer)

for i in range(time_steps):

    time_array[i] = t_start + i * dt

    power_array[i] = P

    temp_array[i] = T

    rho = (k_eff - 1.0) / k_eff

    rho_total = rho + alpha_temp * (T - T_0)

    dPdt = ((rho_total - beta) / Prompt_gen) * P + lambda_n * C

    dCdt = (beta / Prompt_gen) * P - lambda_n * C

    dTdt = heat_capacity * P - cooling_rate * (T - T_0)

    P += dPdt * dt

    C += dCdt * dt

    T += dTdt * dt

# 4. Eredmény kiírása

print("Szimuláció végeredménye:")

print(f"Végső teljesítmény: {P:.3f} MW")

print(f"Végső hőmérséklet: {T:.3f} K")

print(f"Végső prekurzor koncentráció: {C:.3f}")

print(f"Maximális teljesítmény: {np.max(power_array):.3f} MW")

print(f"Maximális hőmérséklet: {np.max(temp_array):.3f} K")

# 5. Vizualizáció

fig, ax1 = plt.subplots(figsize=(10, 6))

color = 'tab:red'

ax1.set_xlabel('Idő (s)')

ax1.set_ylabel('Reaktor Teljesítmény (MW)', color=color)

ax1.plot(time_array, power_array, color=color, linewidth=2)

ax1.tick_params(axis='y', labelcolor=color)

ax2 = ax1.twinx()

color = 'tab:blue'

ax2.set_ylabel('Hűtőközeg Hőmérséklet (K)', color=color)

ax2.plot(time_array, temp_array, color=color, linestyle='--', linewidth=2)

ax2.tick_params(axis='y', labelcolor=color)

plt.title('Atomreaktor tranziens szimuláció (Teljesítmény és Hőmérséklet)')

fig.tight_layout()

plt.grid(True)

plt.show()

......................

Szimuláció végeredménye:

Végső teljesítmény: nan MW

Végső hőmérséklet: nan K

Végső prekurzor koncentráció: nan

Maximális teljesítmény: nan MW

Maximális hőmérséklet: nan K