Cтраница 2
Для понимания процессов, происходящих в ядерных реакторах, необходимо изучить распределение нейтронов, поддерживающих цепную реакцию. Распределение нейтронов обычно характеризуют функцией нейтронной плотности. [16]
Для этого мы вычислим, каким образом нейтронная плотность стремится к равновесному состоянию в критическом котле. [17]
Наибольший интерес имеет численное значение площади под полученными кривыми. Действительно, поскольку площадь кривой равна интегралу от нейтронной плотности, распространенному по всему объему, она пропорциональна числу тепловых нейтронов, имеющихся в системе и данный момент. [18]
Иными словами, время жизни ядра тП7 до захвата нейтрона намного превышает время жизни ядра Та до / 3-распада. По этой причине данный процесс называется медленным или s - процессом. Наоборот, при очень больших нейтронных плотностях, прежде чем произойдет / 3-распад, ядро успевает захватить несколько нейтронов. [19]
Большие трудности возникают, если пытаться объяснять образование очень тяжелых элементов вблизи урана за счет г-процессов. Для этого требуются большие концентрации нейтронов, ип 1024 см 3, которые вряд ли достижимы при взрывах сверхновых. Это сильно понижает требования к нейтронной плотности, так как она предполагается поддерживающейся равновесными процессами. [20]
Ферми указывает: Средние плотности пс и п, с достаточной для практики степенью точности можно вычислить, пользуясь уравнением диффузии. Граничным условием на поверхности сферы служит условие равенства нулю радиальной производной от нейтронной плотности. [21]
В воде или парафине альбедо велико ( около 0 8), поэтому пластинка имеет примерно в пять раз больше шансов захватить нейтрон, чем при однократном прохождении. Если, однако, вероятностью захвата в детекторе при однократном прохождении нельзя пренебречь ( случай толстого детектора), то число прохождений уменьшится. Поэтому отношение показаний толстого и тонкого детекторов зависит от альбедо среды, в которой они измеряют нейтронную плотность. [22]
Если мы построим котел точно критических размеров, то в этом случае количество нейтронов, освобождаемых при делении, в точности будет равно их потере вследствие вылета и захватов, не сопровождающихся делением. Таким образом, при удалении регулирующего стержня котел станет надкритическим и плотность нейтронов будет возрастать; при вдвигании регулирующего стержня котел может сделаться подкритическим и нейтронная плотность будет уменьшаться. [23]
Малость эффективного сечения захвата этих материалов и, следовательно, большое время жизни тепловых нейтронов более чем компенсируют их меньшую эффективность в качестве замедлителей. Однако и в случае углерода спектр испускаемых нейтронов отличается от внутреннего спектра, хотя и по другой причине, чем в случае водорода: диффракционный эффект в графитовой решетке приводит к преимущественному испусканию холодных нейтронов. В одном случае удалось наблюдать эффективную температуру испускаемых нейтронов всего лишь в 18 К - С точки зрения радиохимии углерод является полезным замедлителем только в соединении с котлом, так как в других случаях нейтронная плотность слишком быстро падает из-за большой диффузионной длины. [24]
Распределение плотности нейтронов кратко обсуждалось в разделах 13 и 21 гл. В установившемся режиме преобладает первая гармоника. Схематические трехмерные чертежи делают наглядными эти нейтронные плотности. [25]
На графике рис. 1 нанесены две полученные кривые. На расстояниях больше 13 см имеет место обратная, картина. Другими словами, в растворе уранила уменьшение нейтронной плотности с расстоянием происходит значительно медленнее. [26]
Речь идет об изотропном потоке нейтронов, так как пластина рассеивает параллельный пучок нейтронов, превращая его в изотропный. Этот эффект наиболее ярко выражен для пластин из материалов с большими массами ядер. Последующие рассеяния будут также способствовать этому, поэтому следует ожидать, что стационарное распределение нейтронной плотности хорошо описывается изотропной функцией потока. [27]
Точность развитых в предыдущем разделе методов, на которых основана односкоростная модель, ограничена выбранными уело, виями. Настоящий параграф посвящен выбору новой системы граничных условий, которые дают более точное представление нейтронного потока в интересующих нас областях. При этом условие непрерывности результирующего тока нейтронов ( плотности потока) будет сохранено, так как ток из данной области пропорционален объемному интегралу от нейтронной плотности ( или потока) по данной области. [28]
В одном из предыдущих разделов было указано, что критические размеры системы, работающей на цепной реакции, могут быть увеличены или уменьшены путем удаления из котла или дополнения к нему материала, поглощающего нейтроны. На практике регулировка системы, работающей на цепной реакции, осуществляется путем вдвигания в котел или выдвигания из него стержня, сделанного из материала, имеющего большое эффективное сечение для поглощения нейтронов. Такими материалами могут служить кадмий или бор. Мы рассмотрим теорию регулирующих стержней несколько позднее, а сейчас только укажем, что если котел является точно критическим, в случае когда регулирующий стержень вдвинут на данную глубину в котел, то в силу того, что будет уменьшаться часть нейтронов, поглощаемая стержнем, выдвигая стержень, можно увеличить нейтронную плотность. Если регулирующий стержень вдвинуть в котел на большую глубину, чем в случае критического котла, нейтронная плотность должна уменьшиться. [29]
Действительно, мы нашли один период медленного возрастания, а другой период был только периодом спадания. Ход изменения плотности нейтронов, однако, значительно сложнее, потому что плотности, соответствующие различным периодам запаздывающих нейтронов, могут сочетаться таким образом, что период, кажущийся периодом спадания, в действительности ведет к временному подъему плотности. Такой неустановившийся период для возрастания или спадания плотности может быть довольно коротким. При этом мгновенные нейтроны могут вызвать изменение излишка нейтронов, производимых в одном цикле на один поглощенный нейтрон. Например, предположим, что в стационарном состоянии котла произошла чем-то вызванная быстрая перемена, нейтронная плотность последует за этим изменением, причем в основном за счет мгновенных нейтронов. Если ] / возрастает, плотность будет быстро возрастать, если же i f уменьшится, плотность будет быстро уменьшаться. Однако ни в одном направлении плотность не сможет измениться слишком сильно, так как она лимитируется запаздывающими нейтронами, количество которых соответствует старому уровню мощности котла. К возрастающей плотности они добавляют слишком мало нейтронов, а к спадающей плотности они добавляют слишком много нейтронов, делая быстрый период более медленным. [30]