будемо розглядати реактори, що використовують природний U 238 , збагачений U 235 . Крім того для простоти будемо вважати, що активна зона реактора - нескінченна і гомогенна.
3.2 Основні характеристики ланцюгової реакції
Розглянемо співвідношення, що характеризують протікання ланцюгової реакції поділу.
3.2.1 Коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах
Нехай у середовищі є N швидких нейтронів, вони будуть взаємодіяти з ядрами середовища, в тому числі і з ядрами U 238 , ті з них які мають енергію вище порога поділу (1 МеВ) можуть викликати поділ урану і утворення нових швидких нейтронів. При цьому їх енергія буде менше порога поділу.
Коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах m - число нейтронів що пішли під поріг ділення U 238 на один швидкий нейтрон (що з'явився в результаті поділу ядер U 235 ).
Ясно, що величина m тим більше, чим більше частка U 238 в паливі. Можна оцінити, що m max = 1.35 (якщо частка U 238 дорівнює 100%). Для теплових реакторів m = 1.01 - 1.03.
В В В
3.2.2 Ймовірність уникнути радіаційного захоплення
Нехай у середовищі є N нейтронів, енергія яких менше порога поділу U 238 . За рахунок розсіювання але ядрах середовища вони втрачають свою енергію і потрапляють в область енергії, в якій знаходяться гігантські резонанси перетину захоплення U 238 . Введемо величину j - імовірність уникнути радіаційного захоплення.
j тим більше, чим швидше нейтронам в процесі уповільнення вдасться подолати резонансну область. j зменшується при збільшенні частки ядер U 238 в середовищі. У гомогенному реакторі j В»0.65, а в гетерогенному j В»0.93. br/>
3.2.3 Коефіцієнт теплового використання
Нехай у середовищі є N теплових нейтронів, тоді в процесі дифузії частина з них захопили в паливі. Позначимо частку захоплених в паливі нейтронів q. Ясно, що коефіцієнт теплового використання можна збільшити, використовуючи гетерогенну структуру активної зони реактора.
В
3.2.4 Кількість випускаються U 235 швидких нейтронів
Нехай у паливі поглинулося N теплових нейтронів. Ясно, що не всяке поглинання призводить до поділу і випускання нових швидких нейтронів. Введемо величину u т еф рівну кількості вторинних нейтронів ділення на один тепловий нейтрон, поглинений в паливі. Ясно, що u т еф тим більше, чим вище частка U 235 в паливі. br/>
3.3 Життєвий цикл нейтронів
Розглянемо життєвий цикл нейтронів в тепловому ЯР, активна зона якого нескінченна і гомогенна. p> Нехай на деякому етапі ланцюгової реакції в розглянутій середовищі присутня N 1 швидких нейтронів поділу 1 покоління. За рахунок взаємодії з ядрами U 238 під поріг ділення цих ядер (1 МеВ) піде m N 1 нейтронів (m - коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах).
У результаті розсіювання на ядрах середовища ці нейтрони будуть сповільнюватися і потраплять в область проміжних енергій. Минути цю область, уникнувши поглинання ядрами U 238 вдасться mj N 1 нейтронам (J - імовірність уникнути радіаційного захоплення).
Частина з цих нейтронах, які тепер стали тепловими, захопити в паливі. Кількість захоплених в паливі нейтронів дорівнюватиме m j q N 1 (q - коефіцієнт теплового використання).
Деякі з нейтронів, захоплених в паливі ініціюють ділення ядер U 235 і поява нових швидких нейтронів. Кількість нейтронів другого покоління N 2 = u т еф m j q N 1.
В
рис. 4
Отже, ми бачимо, що реакція дійсно є самопідтримується і циклічної. Цикл життя нейтронів схематично представлений на рис. 4. На даній схемі, на відміну від вищенаведеного описи розгляд починається зі стадії теплових нейтронів.
Можна вивести коефіцієнт розмноження нейтронів в нескінченній гомогенної середовищі:
K ВҐ = N i +1 /N i = U т еф m jq - формула 4-х співмножників.
Для кінцевих середовищ можна ввести коефіцієнт
K еф = u т еф m j q P, де P - ймовірність уникнути витоку.
На цьому розгляд фізичних основ протікання ланцюгової ядерної реакції в ЯР можна завершити. Використовуючи описану ланцюгову ядерну реакцію, можна переводити енергію з форми енергії зв'язку частинок в ядрі в кінетичну енергію руху частинок, тобто в тепло. Як вже зазначалося раніше основну труднощі предс...
