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1. 基本组件

玩rbmk涉及到一定数学运算, 数学差的朋友可以用计算器或者 https://www.wolframalpha.com/

1.1 燃料棒

rbmk从入门到炸堆-第1张图片描述长这样,从上到分别是:

  1. 名字。

  2. 燃料棒已经消耗的程度。这个程度越高则反应的能力越差。 而进行废料回收至少需要消耗10%。

  3. 氙中毒程度。入射的中子量会乘以1减去这个,越高就越难以发生反应.。

  4. 发生反应需要的中子类型。

  5. 反应后发射的中子类型。

  6. 中子发射函数,这个燃料棒发射的中子数由这个决定

  7. 对上面的函数的描述, SAFE/MEDIUM/DANGEROUS, 代表这个燃料棒爆堆的危险等级,也代表这个棒能提供的温度和辐照速度,

  8. 增加氙中毒的函数。全部燃料棒都是一样的,入射量*.0.5。

  9. 减少氙中毒的函数。全部燃料棒都是一样的, 这里汉化描述写错了,实际上是 (入射量*入射量)/50。求解  (x^2)/50>x*0.5的不等式可知只要入射量大于25就绝对不会中毒.

  10. 发射一个中子所提高的核心温度,假如发射量是100,这个值是1,核心每t就会上升100度

  11. 扩散度是核心温度传递到表面温度的比例,也是固定的0.02。

  12. 核心温度与包壳温度差越高,传递给包壳温度就越多

  13. 包壳温度超过熔点就会熔毁,直接炸堆

  14. 熔点越高越不容易炸堆


1.2 RBMK反应堆燃料棒

rbmk从入门到炸堆-第2张图片存放燃料棒的地方,把鼠标对准可以看到一些信息。

重要的有

  • fluxFast: 入射的快中子数量

  • fluxSlow:入射的慢中子数量

  • heat:柱体温度,其他部件也能看到这个信息  温度超过1500,会熔毁炸堆。


1.3 RBMK反应堆石墨慢化剂

没有gui, 会将通过的快中子变成慢中子, 除了少数裂变需要快中子的燃料棒,都需要这个来慢化。

1.4 RBMK反应堆碳化钨中子反射器

没有gui, 会将发射到它身上的中子原路反射回去。

1.5 RBMK反应堆硼中子吸收器

没有gui, 吸收所有发射到它身上的中子,通常用于避免中子发射出去导致的辐射泄露。

1.6 RBMK反应堆控制棒

rbmk从入门到炸堆-第3张图片左边用于控制台的控制分组, 右边用于控制数值。 这个数值代表能通过控制棒的中子比例,0%就相当与硼中子吸收器。具体到1%的数值调整需要控制台。

1.7  RBMK反应堆慢化燃料棒

就是一个会将发射到它身上的快中子变成慢中子的燃料棒,用这个就不需要在旁边放石墨慢化剂了。

1.8 RBMK反应堆慢化控制棒

就是一个会将发射到它身上的快中子变成慢中子的控制棒。

1.9 RBMK石墨式反应堆控制台 

它的gui讲解比较复杂,并且对本教程不是很关键。 请参阅百科条目 https://www.mcmod.cn/item/453237.html

1.10 RBMK反应堆蒸汽管道

rbmk从入门到炸堆-第4张图片

除了燃料棒之外最关键的部件, 用于冷却燃料棒和产生蒸汽。 左边用于调节产生的蒸汽等级,右边分别是蒸汽和水缓存.

四个等级分别是

  1. 蒸汽:100度,蒸汽和水比例100:1

  2. 热蒸汽:300度,比例 10:1

  3. 超热蒸汽:450度,比例1:1

  4. 浓密蒸汽:600度,比例1:10


如果致力于发电,浓密蒸汽是最好的。但是冷却效果是最差的,如果致力于辐照物品,为了保持高中子通量的情况下温度不炸堆,请选择蒸汽。

1.11 RBMK反应堆蒸汽导出器

一个方块的蒸汽导出口,方便导管布置。

1.12 RBMK反应堆辐照通道

吸收发射的中子增殖物品, 速度就是吸收的中子量。 不做堆的特殊设计,速度慢的吓人。

1.13 RBMK反应堆玻璃覆盖层

放置在有中子通过的地方,不然有辐射。当然你穿一套辐射抗性高的套装,不盖也行。


初期反应堆搭建

假如只离心了六氟化铀 就开始玩RBMK,初期能使用的燃料棒就只有

镭226-铍 RBMK反应堆中子源 

NU RBMK反应堆未浓缩铀燃料棒

MEU RBMK中浓缩度铀-235燃料棒

HEU-235 RBMK反应堆高浓缩度铀-235燃料棒


下一级的铀-233需要辐照通道辐照钍232生产。

而其中镭226-铍 RBMK反应堆中子源是具有自燃属性的,也就是它会自己发射中子,不需要其他燃料棒提供中子来激活。 每个发射中子产生的温度也极低,熔点也低。不能指望用于发电,但是离心铀矿的时候白给了,玩到这里肯定有不少。

 而NU和MEU都是对数函数,log(x)*x类型。“非常安全”,发射中子量锁死在20以下了。HEU-235 是平方根,但是235比较难弄。 所以推荐以下摆法


rbmk从入门到炸堆-第5张图片

搭建材料共 4X镭226-铍 RBMK反应堆中子源  4X钨中子反射器 5X辐照通道  16X慢化剂  (29X玻璃覆盖板 非必需)

用四个镭226-铍 RBMK反应堆中子源作为燃料棒,而燃料棒四边的都是慢化剂,三个方向直连辐照通道,剩下一个方向通过钨中子反射器返回来保持不被毒化。

5个辐照通道,中子通量80/40*4,另外发热很低, 甚至不需要蒸汽冷却。缺点也是没有蒸汽产出,只适合前期快速产出。




初级辐照反应堆设计

到这里恭喜初步进入炸堆环节,高中子通量稍有不慎就会堆毁人亡。

通过辐照通道, 可以一直从铀233辐照到235,镎锭,钚238,钚239,钚240。 但是再下一级钚241需要恐怖的800w通量。不特化的产出速度非常慢,而高中子通量代表极高的温度。

在这个阶段我们可以使用的有很多,但是很多都是数值的变化。其中数值最高的是:

对数函数: MOX RBMK反应堆燃料棒 log(x)*20 但是它的单位中子热量是1.5度。

平方函数 HEU-233 RBMK反应堆高浓缩度铀-233燃料棒 sqrt(x)*5。

一次函数  HEP-239 RBMK反应堆高浓缩度钚-239燃料棒 x*0.3 单位中子热量是1.5度。


一个辐照通道最多能接受四个方向燃料棒的中子,追求速度则需要提高这四个燃料棒的中子发射量。同样的这四个燃料棒也最多接受三个输入.在不考虑线性函数的情况下,这个燃料棒的输出必须大于输入总值的1/3,否则为什么我们不直接把这个输入输入到辐照通道。

计算log10(x+1)*20<(1/3)x的不等式,它的上限只有总输入126的时候输出42.再高就不如直接输入..所以不可能选这玩意.

而HEU-233的极限是输出75. 接下来设计一个输入是60*4的辐照通道.

求解Sqrt[x]*5=60,要求上一级输入为48*3. 再次求解要求第二级输入为92/3,在反射两次的情况下用镭中子源做输入即可..

rbmk从入门到炸堆-第6张图片

首先摆上第一级输入

rbmk从入门到炸堆-第7张图片

摆上反射

rbmk从入门到炸堆-第8张图片摆上中子源输入和蒸汽通道

最后根据自己选择摆上管道和其他阻止辐射的组件. 在第一圈放入233燃料棒,最外层放入中子源就可以开始运行了. 每秒中子量约为240*20tick 5000,处理一个钍232锭只需要两秒,产生浓密蒸汽速度约为1500mb/s. 

但是处理一个800w的钚241依然需要1600秒 .还是需要接近半小时.  小批量生产还行,要进一步加速,只能迈向进一步炸堆的过程。


进阶辐照反射堆设计

大量数学计算预警。此节可以跳过,用上一节的240速度也是可以的,最多慢了一点点。硬等,等到攒出难得素燃料棒轻轻松松就能达到几千的中子速度了,还不用担心炸堆。


无论是对数还是平方都是有极限的, 但是为什么不使用危险的线性函数燃料棒  HEP-239 RBMK反应堆高浓缩度钚-239燃料棒 或者数值更高的 HEP-241 RBMK反应堆高浓缩度钚-241燃料棒.。

如果摆上三面反射,239燃料棒能够以输入三倍的数量反射回入射端.即使入射的是镭226-铍 RBMK反应堆中子源, 它也会发射60个中子,让自身温度每秒增加90度. 

在进行危险的设计之前,必须先了解温度机制,以及数学计算。

首先发射中子量是与核心温度上升相关的,发射每个中子会按燃料棒上的描述上升一定的核心温度,在239燃料棒这个值为1.5,在每秒发射60个中子时,每次计算上升90度。

然后核心温度会以(核心温度-表壳温度)/2 * 扩散系数的速度传播到表面温度,扩散系数默认是0.02,所以在稳定状态,(核心温度-表壳温度*0.01)不能超过每秒的散热量,.否则就会熔毁炸堆。

然后表面温度会以 (表面温度-柱体温度)/2*dialHeatProvision的速率传递到柱体,dialHeatProvision默认值为0.2。即使表面温度为2700,柱体温度为0,能传递的数值最高也就270度. 同时也确定了稳定的发射量上限,如果每个中子1度,最高270,即使全部发射到一个方向,辐照速度也不可能超过270*4。


实际的柱体温度,即使被完美冷却,它最多也就能与冷却时的蒸汽温度一样。 如果生产超浓密蒸汽,至少是600度,发射量上限为210。蒸汽则为260。

冷却机制为,它向四个方向的柱子平均热量,每个方向平均的数值为 (平均温度-目标温度)*dialColumnHeatFlow。 dialColumnHeatFlow默认值也是0.2。 计算例子为如果柱体为接近熔毁的1400度,四周是600度的蒸汽管道。平均温度是(1400+600*4)/5=760,760-600*0.2=32度。蒸汽通道变为632度,而柱体温度下降了1400-760*0.2=128度.


在了解完机制后,回到开头例子。239燃料棒发射量是60,核心温度每秒上升90。为了传递热量,必须传递到表层,这要求核心温度与表层温度至少相差9000度。 然后传递到柱体,这要求相差900度 。

如果通过冷却塔冷却90度。假如四周是浓密蒸汽通道,求解((x+600*4)/5-600)*0.2*4=90,可知柱体最高温度为1162.5。然后为了向柱体传递90度,表层温度最高温度1920度。核心温度最高10920度。 

当然这是极限理论最高值,由于存在燃料棒衰减,自然冷却等因素,通常是不可能达到理论值的.


如果要设计一个更快的反应堆,但是239燃料棒达到了接近熔点2700度,产生浓密蒸汽的话,在达到平衡的情况下最高能冷却128度,也是说不熔毁的情况下最多发射85中子量

要进一步提高只能放弃浓密蒸汽产出,改用蒸汽冷却(什么 你说冷却塔 拜托这里是1.12)。改用普通蒸汽的话,最高冷却度能提高到224,发射150的中子量。


要利用三面反射的239燃料棒,主要问题是如果不是使用常量函数,239燃料棒接受到的中子量会不断增加导致炸堆。而控制棒是双向拦截,无法使用

方案1是利用慢化燃料棒,普通燃料棒接受快中子会减少一半实际中子量,但是慢化会自动量化。

rbmk从入门到炸堆-第9张图片

中间是慢化燃料棒 蒸汽冷却的是239燃料棒,右边是用于激活的中子源 中浓缩 239燃料棒

rbmk从入门到炸堆-第10张图片

最高速率能到80,右边多加几个反射柱能达到90。会随着时间衰减产量,需要及时更换燃料棒。


方案2是换高浓缩241燃料棒, 它使用两面反射就可以实现双倍增幅的效果。缺点是造价很昂贵,优点是结构简单,计算容易。如果要发射120,只需要让输入端在接受反射60的同时返回60就行。


rbmk从入门到炸堆-第11张图片基本框架, 241燃料棒连接辐照通道,233燃料棒维持稳定,中子源和控制器控制发射量

rbmk从入门到炸堆-第12张图片


速率极限是128,但是为了不爆炸推荐120

以上两个反应堆都会随着时间衰减,需要随着衰减提高输入。这个时候就需要自动控制棒了。


高级辐照反应堆设计

在中级设计中,我们已经能计算反应堆的稳定状态,以保证不炸堆。 但是计算的是初始状态,随着时间变化误差会变大,燃料棒会逐渐效率衰减,导致我们计算使用的参数失效。 为了实现一个随着时间变化依然稳定的反应堆,我们可以使用自动控制棒,让它随着燃料棒的衰减不断调整。

在进行设计前,我们需要前置知识。同样的,依然有大量数学计算,没有兴趣的请跳到下一节,初级蒸汽反应堆设计。

燃料棒衰减公式

在1.12 燃料棒的燃料剩余量影响入射量。准确的公式如下  实际入射量 = 入射量*燃料剩余量

发射值 = 理论值*燃料棒特性函数(剩余值)


对于1.7 则不是这样,不过由于这是1.12教程 仅为1.7不知道怎么进来的读者提供一下公式,不做进一步推导. 共有五种形式,

  1.   完全不变 

  2.  in * x   // x为燃料剩余值 in为入射值

  3.  in * (x + sin([x - 1]^2 * pi))

  4.  in * (x + (sin(x * pi) / 2))

  5. in * (x + (sin(x * pi) / 3) 

默认为5,如果测试值不符合,请自行判断是哪一种

回到正题,由于入射值不断衰减,我们需要随着时间变化不断让入射的中子提高。


自动控制棒

rbmk从入门到炸堆-第13张图片gui长这样, 左边四个数字分别是

  1. 当温度达到设置最大值时,控制棒应该被调整成多少

  2. 当温度达到设置最小值时,控制棒应该被调整成多少

  3. 设置温度最大值

  4. 设置温度最小值

下面是保存

右边则是选择函数,函数将决定温度在设置中间时,应该被调整的多少

具体公式如下

定义 

最大温度区间 为  设置温度最大值-设置温度最小值

温度差 为 当前温度-温度最小值

控制区间 为 最大温度控制值-最小温度控制值

每度的控制数值. 为   最大温度区间 /控制区块

线性: 温度差 * 每度的控制数值 + 最小控制值. 其实就是一个线性函数, 如果你的温度达到了50%,控制值也会达到50%。 e.g. 设置最高控制0, 最低100. 最高温度100,最低0. 每度就代表1%,当温度达到50度时,控制棒变成50%。

第二个, 平方(温度差/最大温度区间)*控制区间 + 最小控制值。 函数图形如游戏里一样, 前面的温度控制值小,后面大。

第三个, 就是第二个倒过来。 具体数学公式 平方(当前温度-最大温度)/(最小温度-最大温度))*(最小控制值-最大控制)+最小控制值

该选择哪个函数,取决于需要控制的燃料棒的函数。


控制棒升降速度

控制棒升降不是瞬时的,需要一定时间。 所以如果自动控制的堆接近炸的边缘的时候,每度的控制数值太大,会导致升降太慢,在没降到合适的位置前就炸堆了。

具体的速度是 0.277/t   也就5.5/s  从0到100需要18秒

 

燃料棒控制示例

接下来以控制一个,高浓缩241+镭中子源的反应堆作为例子演示如何控制一个反应堆。

rbmk从入门到炸堆-第14张图片首先摆成这样 左边是镭中子源,右边是241.。

首先我们确定一个目标,例如让239保持发射20的中子量。

由于我们是以温度为控制量,首先需要计算出发射20中子量时的入射量, 计算后可得入射量是10. 也就是说最高温度控制度为10/20=0.5. 


再计算对应的温度,但是控制棒并不能在每次计算结束后把自身温度变成600,不能使用蒸汽通道那个简单的公式 。 要么必须计算两个变量的递推公式,要么去游戏里实测一下。这里的结果是630.


设置这两个参数后,剩下两个参数 最低温度控制度和最低温度。 最低温度控制度决定了 这个反应堆的衰减上限, 因为即使拉到100%,衰减达到0.85的时候就不可能保持在50以上了。 解 x = 0.85(20+0.8x),x也就53,还没考虑中子源的衰减。


而最低温度,主要是决定控制比例。 如果选择线性函数,每下降一度上升(1/最大温度区间)*50的控制比例,如果选择580,每下降一度将上升1%控制比例。

另外也决定可接受的衰减效率,因为当630下降一度是会得到1%控制棒的提升,如果1%能上升一度就能保持在630.。如果衰减的过多, 就会在629达成新的平衡。如果希望尽量多保持在630以上,应该让温度区间更小。

例如直接设置最低温度为629,这样就会反复横跳,一低于630就会立刻上升提高温度。但是很明显由于热量传递速率问题, 这样控制接近温度上限的反应堆会直接爆炸。另外这样也非常不稳定,热量波动范围很大。 


燃料棒回收

当一个燃料棒消耗到10%以上就可以进行回收, 合成就能得到对应的燃料芯块。要回收要求表面温度必须是20度,也就是完全冷却。可以放进燃料池冷却,也可以直接放进一个没在运行的燃料棒让它冷却,当然自燃的不行。


燃料棒的衰减速度

燃料棒的消耗是一个nbt标签, 用查看nbt的工具查看燃料棒就会发现有一个叫yield的字段,满的燃料棒数值是100000000. 每次发生反应都会减去入射数量, 跟辐照通道差不多。如果使用数值差的燃料棒,一天可能都衰减不完。


什么时候回收燃料棒

依赖与它的公式, 线性燃料棒衰减15%, 基本上就剩一半效率了。平方影响就比较小,但是从游戏时间效率考虑也不应该让它衰减到50%以上。