Потеря - нейтрон
Cтраница 4
Если условия таковы, что нейтроны расходуются быстрее, чем они образуются при делении, то цепная реакция не будет самовоспроизводящейся. Рассеивание нейтронов происходит с поверхности делящейся массы плутония-239 ( урана-235 или урана-233), и поэтому скорость потери нейтронов за счет их рассеивания будет определяться величиной поверхности. С другой стороны, когда процесс деления с образованием нейтронов происходит во всем объеме делящегося материала, то скорость увеличения числа нейтронов зависит от массы. Но как только размер куска плутония-239 ( урана-235 или урана-233) будет увеличен, относительные потери нейтронов уменьшатся, и будет достигнут момент, при котором цепная реакция станет самовоспроизводящей. В этом случае говорят, что достигнута критическая масса делящегося материала. [46]
С другой стороны, сечение деления заметно уменьшается, при возрастании скорости нейтрона. Если применяется топливо с высокой концентрацией делящихся материалов, то необходимо уменьшить скорость нейтронов для получения требуемого баланса между образованием и потерей нейтронов. Достигается это добавлением в реактор определенного количества атомов с малым атомным весом, таких, например, как водород, дейтерий, бериллий и углерод. Быстрые нейтроны, образующиеся при делении, благодаря упругим соударениям с этими легкими ядрами ( называемыми замедлителями) очень скоро приходят к тепловому равновесию с окружающей средой. [47]
 |
Функции Бесселя нулевого. [48] |
Можно сформулировать другое граничное условие, при котором получается такой же результат. Поскольку мы имеем дело со стационарным состоянием, количество нейтронов, получаемых от источника в единицу времени, должно быть равно потере нейтронов в среде в единицу времени. [49]
Влияние этих продуктов деления на экономию нейтронов, естественно, зависит от типа реактора. Отравление продуктами деления имеет особенно важное значение для больших систем с низкой концентрацией делящегося вещества, как в природном или слабообогащенном уране, и для систем, где нужно свести к минимуму потери нейтронов, например для реакторов-размножителей. [50]
Нужно, однако, заметить, что такая цепная реакция возможна лишь при определенных условиях. Потеря нейтронов происходит по очень простой причине. Некоторые ядра, захватывая нейтроны, не испытывают деления. Даже в совершенно чистом уране возможны потери нейтронов вследствие особых свойств его изотопов. Последний содержится в столь ничтожном количестве, что его можно не учитывать. Изотопы 238 и 235 ведут себя по-разному. Изотоп 235 испытывает деление под действием как быстрых, так и медленных нейтронов, причем с большей вероятностью под действием медленных нейтронов. Для того, чтобы изотоп 238 испытывал деление, нужны нейтроны с энергией не меньше 1 мэв. При такой энергии деление происходит, но вероятность его очень мала. Изотоп 238 обладает еще той особенностью, что при определенной энергии нейтронов он поглощает нейтроны без деления при каждом соударении. Такая энергия называется резонансной. Это свойство изотопа 238 обусловливает большие затруднения при практическом осуществлении цепной реакции. [51]
 |
Схема реактора-размножителя с торием и U238. [52] |
Для максимального использования горючего в реакторах на медленных нейтронах необходимо применять U233 в качестве делящегося материала и торий в качестве его источника. Извлеченные на химическом заводе уран и торий снова возвращаются в реактор. Если потеря нейтронов в таком реакторе мала, то он может работать с размножением без питания делящимися материалами. В некоторых типах реакторов-размножителей, использующих U233, в частности в водном гомогенном реакторе, реакция деления осуществляется в активной зоне, а поглощение нейтронов торием с образованием U233 - в зоне воспроизводства. [53]
Важнейшими ядами, требующими обязательного извлечения, являются Хе133 и некоторые редкоземельные элементы. Для всех них требуется короткий цикл переработки. Чтобы уменьшить до минимума потери нейтронов и потенциальную вредность продуктов деления в растворах горючего, находящихся под высоким давлением, другие осколки деления и продукты коррозии должны извлекаться еще до того, как их концентрация повысится до недопустимого уровня. [54]
 |
Эффективный потенциал. [55] |
Возникающие при этих процессах потери нейтронов описываются добавлением к эфф. [56]
Если размеры системы слишком малы, то потеря нейтронов, обусловленная их диффузией в окружающее пространство, превосходит число нейтронов, рождающихся в системе в результате деления ядер. Так как вылет нейтронов из системы представляет собой поверхностный эффект, а рождение нейтронов в системе есть эффект объемный, то с увеличением размеров системы первый из этих эффектов становится все менее и менее существенным. Критические размеры характеризуются тем, что потеря нейтронов, обусловленная их вылетом из системы, как раз компенсируется возникновением нейтронов в системе. [57]
Описывая цепную реакцию деления ядра, мы пренебрегли потерей нейтронов из реактора, предположив, что каждый образовавшийся нейтрон является инициатором дальнейшего деления и что этот процесс будет продолжаться ( и ускоряться) до тех пор, пока не израсходуется все ядерное горючее, то есть пока не будут подвергнуты делению все ядра урана. Это было сделано ради удобства, чтобы полностью сосредоточить внимание на основном механизме размножения нейтронов. Однако на практике конструктор ядерных реакторов не может не считаться с потерями нейтронов и не стараться свести их к минимуму. [58]
Страницы: 1 2 3 4