Открыть главное меню

Коэффициент размножения на быстрых нейтронах

Коэффициент размножения на быстрых нейтронах μ — показатель, учитывающий влияние деления ядер 238U быстрыми нейтронами на ход цепной реакции в реакторе на тепловых нейтронах.

Содержание

Размножение на быстрых нейтронахПравить

В реакторах на тепловых нейтронах с ядерным топливом из слабообогащённого урана (<5 %) концентрация 238U во много раз больше концентрации 235U. Делений ядер 235U быстрыми нейтронами очень мало, и их обычно не принимают в расчёт. Однако число делений ядер 238U нейтронами с энергией En>1,0 МэВ может быть значительным, и они оказывают заметное влияние на ход цепной реакции.

Гомогенная средаПравить

В гомогенной активной зоне ядра 238U окружены большим количеством ядер замедлителя. Нейтроны деления, проникая через окружение, с большей вероятностью испытывают столкновения с легкими ядрами и замедляются до энергий ниже порога деления 238U. Вследствие этого коэффициент размножения на быстрых нейтронах в гомогенных реакторах мало отличается от единицы.

Гетерогенная средаПравить

В гетерогенном реакторе быстрые нейтроны движутся сначала в ТВЭЛах среди ядер 238U. Поэтому вероятность столкновения с ядром 238U и его деления в гетерогенном реакторе значительно больше, чем в гомогенном реакторе. Она зависит от пути быстрого нейтрона в ядерном топливе, то есть от размеров ТВЭЛов, концентрации 238U, а также от шага решётки а. В толстом ТВЭЛе быстрый нейтрон проходит больший путь, чем в тонком, значит, и коэффициент размножения на быстрых нейтронах в первом случае больше, чем во втором. Если шаг решётки a намного превосходит длину рассеяния быстрого нейтрона в замедлителе  , то большинство быстрых нейтронов попадает в другой ТВЭЛ, замедлившись до энергий En<1,0 МэВ. Поэтому коэффициент μ для решёток с шагом   определяется только размерами и составом ТВЭЛа. Например, для стержней из природного урана радиусом R см

μ ≈ 1 + 1,75⋅10−2R.

В водо-водяных реакторах ТВЭЛы образуют тесную решетку ( ). Таким расположением ТВЭЛов уменьшают поглощение тепловых нейтронов в воде. В тесных решётках нейтроны деления успевают пройти несколько ТВЭЛов до замедления ниже пороговой энергии деления 238U. Наиболее высок коэффициент размножения на быстрых нейтронах в ВВЭР. Для отношения ядер водорода и 238U NH/N8>3 коэффициент размножения на быстрых нейтронах рассчитывают по приближённой формуле:

μ ≈ 1 + 0,22(N8/NH).

Рассчитаем коэффициент размножения на быстрых нейтронах:

  1. Для уран-графитовой решётки с а=14 см и диаметром стержня из природного урана 3 см. Длина рассеяния в графите λS=2,5 см. Поэтому шаг уран-графитовой решетки  . Следовательно,  
  2. для ВВЭР с NH/N8=5. Коэффициент μ для ВВЭР σ=1+0,22·0,2=1,044.

См. такжеПравить

ЛитератураПравить

  • Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М. Атомиздат, 1971.
  • Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. — М.: Атомиздат, 1979.
  • Петунин В. П. Теплоэнергетика ядерных установок М.: Атомиздат, 1960.