Коэффициент использования тепловых нейтронов

Коэффициент использования тепловых нейтронов θ — параметр цепной ядерной реакции, показывающий, какая доля тепловых нейтронов поглощается ядерным горючим.

Содержание

Гомогенный реактор

Замедлитель и ядерное топливо в гомогенной активной зоне облучаются потоками тепловых нейтронов одинаковой плотности φ. Если принять, что гомогенная смесь состоит из замедлителя и ядерного топлива (урана), то влияние на коэффициент использования тепловых нейтронов θ таких параметров как разбавление урана замедлителем, обогащение урана и температура нейтронов будет следующим:

Количество тепловых нейтронов, поглощённых за 1 с в единице объёма гомогенной смеси:

Σaφ=(ΣЗaUa)φ, где

φ — нейтронный поток
Σa — макроскопическое сечение поглощения смеси;
ΣЗa — макроскопическое сечение поглощения замедлителя;
ΣUa — макроскопическое сечение поглощения урана.

Таким образом, коэффициент θ равен доле тепловых нейтронов, поглощённых в уране:

θ=ΣUaφ/Σaφ=ΣUa/(ΣUaЗa).

Если заменить макроскопические сечения микроскопическими по формуле Σi=Nσi, получим последнее выражение в виде

\theta = \frac {1} {1+N_3 \sigma^3_a / N_U \sigma^U_a }

Из анализа формулы следует три вывода:

  1. коэффициент θ гомогенной смеси не зависит от скорости нейтронов v, а значит, и от температуры нейтронов Tn, если сечение поглощения σa всех компонентов смеси подчиняется закону 1/v;
  2. с увеличением концентрации урана в смеси коэффициент θ стремится к единице. Наоборот, разбавление урана замедлителем ведёт к уменьшению коэффициента θ
  3. с повышением обогащения урана возрастают сечение поглощения σUa и коэффициент θ.

Гетерогенный реактор

Гетерогенная активная зона, в отличие от гомогенной, неоднородна для тепловых нейтронов, так как сечения поглощения замедлителя и материала ТВЭЛа резко различаются. Рассмотрим изменение величины θ при переходе от гомогенной системы к гетерогенной на примере цилиндрической ячейки, состоящей из уранового стержня и замедлителя.

Быстрые нейтроны теряют свою энергию в замедлителе, так как урановый стержень состоит только из тяжелых атомов. Следовательно, замедлитель является источником тепловых нейтронов. Из замедлителя тепловые нейтроны перетекают в урановый стержень. Величина потока нейтронов φ уменьшается от границы ячейки к её центру.

Поглощение тепловых нейтронов в гетерогенном реакторе ядрами замедлителя больше, чем в гомогенном. Поэтому при одинаковом составе активной, зоны коэффициент θгет гетерогенного реактора меньше, чем коэффициент θгом гомогенного реактора. Переход от гомогенной системы к гетерогенной ухудшает использование тепловых нейтронов в цепной реакции. Например, в квадратной уран-графитовой решётке с шагом a=30 см и стержнем из природного урана диаметром d=3 см отношение количества атомов NC / NU=215, а коэффициент θгет=0,885. В гомогенной смеси с таким соотношением ядер углерода и природного урана значение θгом=0,915. В данном случае эффективность использования тепловых нейтронов при переходе к гетерогенной системе снижается примерно на 3%.

Смотрите также

Литература

  • 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.
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home