[Править]Размножение на быстрых нейтронах

В реакторах на тепловых нейтронах с ядерным топливом из слабообогащённого урана (<5 %) концентрация ²³⁸U во много раз больше концентрации ²³⁵U. Делений ядер²³⁵U быстрыми нейтронами очень мало, и их обычно не принимают в расчёт. Однако число делений ядер ²³⁸U нейтронами с энергией E_n>1,0 МэВ может быть значительным, и они оказывают заметное влияние на ход цепной реакции.

[Править]Гомогенная среда

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.

[Править]Гетерогенная среда

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 E_n<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 N_H/N₈>3 коэффициент размножения на быстрых нейтронах рассчитывают по приближённой формуле:

μ ≈ 1 + 0,22(N₈/N_H).

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 λ_S=2,5 см. Поэтому шаг уран-графитовой решетки  . Следовательно, 

2. для ВВЭР с N_H/N₈=5. Коэффициент μ для ВВЭР σ=1+0,22·0,2=1,044.

45) Вероятность избежать резонансного захвата φ — значение, характеризующее количество нейтронов, которые не будут захвачены другими элементами, входящими в ядерное топливо помимо самого делящегося элемента.

Содержание   [убрать]  1 Резонансное поглощение нейтронов 2 Эффективный резонансный интеграл 2.1 Гомогенная система 2.2 Гетерогенная система 3 Влияние замедлителя 4 Смотрите также 5 Литература

[Править]Резонансное поглощение нейтронов

Как известно, ядро может захватить нейтрон только в том случае, если кинетическая энергия нейтрона близка к энергии одного из энергетических уровней нового ядра, образующегося в результате захвата. Сечение захвата такого нейтрона ядром резко увеличивается. Энергия, при которой сечение взаимодействия нейтрона с ядром достигает максимума, называется резонансной. Резонансный диапазон энергий разбит на две части: область разрешенных и неразрешенных резонансов. Первая область занимает энергетический интервал от 1 эВ до E_гр. В этой области энергетическое разрешение приборов достаточно для выделения любого резонансного пика. Начиная с энергии E_гр расстояние между резонансными пиками становится меньше энергетического разрешения и резонансные пики не разделяются. У тяжёлых элементов граничная энергия E_гр≈1 кэВ.

В реакторах на тепловых нейтронах основным резонансным поглотителем нейтронов является ²³⁸U. В таблице для ²³⁸U приведены несколько резонансных энергий нейтронов E_r, максимальные сечения поглощения σ_{a, r} в пике и ширина Г этих резонансов.

Параметры резонансных пиков238U
Er, эВ	σa, r, барн	Г, МэВ
6,68	22030	26,3
21,0	33080	34,0
36,8	39820	59,0
66,3	21190	43,0