24: Коэффициент размножения и реактивность, коэффициент воспроизводства и глубина выгорания

Эффективный коэффициент размножения – отношение числа нейтронов последующего поколения к числу нейтронов предыдущего поколения во всем объеме размножающей системы. К=N(k+1)/Nk

Если к<1, размножающая система находится в подкритическом состоянии. В этом случае если в начальный момент в системе было некоторое число нейтронов, цепная реакция быстро затухает, в результате уменьшается плотность нейтронов и выделяемая в системе энергия. При к=1 система находится в критическом состоянии, число образующихся нейтронов равно числу поглощаемых и улетающих из системы нейтронов, в такой системе идет стационарная цепная реакция. Плотность нейтронов и выделяемая за единице времени энергия не меняется. При к>1 система находится в надкритическом состоянии, цепная реакция лавинообразно нарастает, увеличивается плотность нейтронов и выделяемая в системе за единицу времени энергия.

Реактивность g – степень отклонения реактора от критического состояния. g=1-1/к . Физически представляет собой долю изменения количества нейтронов в новом поколении по отношению ко всем нейтронам этого поколения. В критическом состоянии g=0, в надкритическом g>0, в подкритическом g<0.

Запас реактивности – максимально возможная реактивность при полностью извлеченных из активной зоны поглотителей.

Изменение температуры и плотности материалов активной зоны, а так же мощности реактора приводит к изменению реактивности.

Изменение реактивности связанное с изменением температуры называется температурным эффектом реактивности. Он зависит от типа ядерного ректора (спектра нейтронов, вида замедлителя и т.д.). Температурный коэффициент реактивности определяется как приращение реактивности, соответствующие изменению температуры всех материалов реактора на 1 градус.

Изменение реактивности, обусловленное изменением мощности ЯР, называют мощностным эффектом реактивности.

В корпусах реакторов с кипением теплоносителя определяющим является паровой эффект реактивности. С ростом мощности увеличивается интенсивность парообразования, что в свою очередь ведет к уменьшению плотности замедлителя и соответственно его количества в активной зоне, снижается реактивность, и наоборот.

Барометрический эффект реактивности – зависимость реактивности от давления в контуре. Более сильно барометрический эффект проявляется в кипящих реакторах. При резком увеличении давления в первом контуре в определенных условиях возможно увеличение реактивности.

Под выгоранием ядерного топлива подразумевают процесс уменьшения концентрации первоначально загруженного в активную зону делящегося нуклида. Воспроизводством ядерного топлива называют сопровождающий выгорание процесс образования вторичных делящихся веществ .

Глубина выгорания характеризует уменьшение концентрации делящегося нуклида во всей активной зоне. Ее можно рассчитать 3 способами:

1)отношение энерговыработки, полученное за время работы реактора на на мощности W, к полной начальной загрузке массы урана. В=Q/M

2)как отношение массы выгоревшего делящегося нуклида к массе начально загруженного делящегося нуклида.

3)отношение массы выгоревшего нуклида к полной начальной загрузке урана.

Коэффициент воспроизводства – отношение скорости образования нового топлива к скорости выгорания топлива. Если КВ=1 то выгорание топлива не сопровождается изменением его массы. Если КВ<1 это характерно для большинства реакторов на тепловых нейтронах, то масса топлива уменьшается по мере высвобождения энергии. В реакторах на быстрых нейтронах КВ>1 общая масса топлива в них увеличивается.

25: Реакции взаимодействия нейтронов с ядрами

25. РЕАКЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕЙТРОНОВ С ЯДРАМИ

• РАССЕЯНИЕ НЕЙТРОНОВ (n, n′) - это ядерная реакция, в результате которой нейтрон при столкновении с ядром теряет часть энергии (замедляется) и изменяет направление движения (рассеивается, отражается). Если потерянная нейтроном энергия изменяет только кинетическую энергию ядра, рассеяние называю упругим, например:

Если же ядро возбуждается с последующим переходом в устойчивое состояние путем излучения γ-кванта, рассеяние называют неупругим, например:

Реакции рассеяния имеют место в замедлителе, топливе, конструкционных материалах, отражателе и биологической защите. В замедлителе и частично в отражателе происходит в основном упругое рассеяние нейтронов - замедление и отражение. В топливе и на других тяжелых ядрах - неупругое рассеяние: замедление и отражение быстрых нейтронов.

• РАДИАЦИОННЫЙ ЗАХВАТ (n, γ) - реакция, приводящая к поглощению нейтрона и превращению ядра в новый нуклид с последующим излучением γ-кванта (радиацией):

Данная реакция используется:

◊ в регулирующих стержнях для управления ЯР:

◊ реакция выгорания некоторых ВП

◊ для получения новых нуклидов (в том числе делящихся), в биологической защите.

Однако реакция (n, γ) приводит к потере нейтронов и части делящихся нуклидов, являясь источником вторичного γ-излучения,:

• ФОТОНЕЙТРОННАЯ (ФОТОЯДЕРНАЯ) РЕАКЦИЯ (n, γ) - реакция выбивания нейтрона из ядер дейтерия и бериллия фотоном (γ-квантом):

Играет важную роль при повторных пусках ЯР, имеющего в активной зоне воду или бериллий.

• РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ (n, α), (n, p), (α, n) - это ядерные реакции, сопровождающиеся поглощением одной частицы и рождением новой.

Для ЯР очень важное значение имеют две реакции:

Первая реакция используется в ИК для регистрации нейтронов благодаря высокой ионизирующей способности α-частиц. Сильный поглотитель 10B, используемый как ВП, вследствие реакции (n, α) превращается в слабый поглотитель нейтронов (выгорает). Наконец, эта реакция является основной в борных регулирующих стержнях.

Вторая - приводит к активации воды в активной зоне и воздуха около ЯР вследствие образования радиоактивного нуклида 17N.

Реакция (α, n ) на бериллии используется в искусственных источниках нейтронов, применяемых при пусках ЯР.

Для ЯР, имеющего в активной зоне бериллий, важную роль играет реакция удвоения нейтронов (n, 2n) , увеличивающая ρзап , а также нейтронный поток в подкритическом ЯР.