Физика реактора

Основные концепции цепных ядерных процессов. Нейтронно-ядерные реакции, определяющие цепной процесс.

Цепная реакция деления. Условия возникновения и развития цепной реакции

1 Дж = 1Кл*1В 1эВ = 1,610^-19Кл*1В = 1,610^-19 Дж

Деление ядра 236u после захвата нейтрона ядром u235. Возникающая при этом деформация приводит к разрыву ядра

Спектр нейтронов деления

Природный (естественный) уран состоит из изотопа ²³⁸U (99,28%), ²³⁵U

(0,72%) и малой примеси ²³⁴U. Уран ²³⁵U делится под действием нейтронов любых энергий, даже если их энергия и не превосходит энергию теплового движения атомов. Вызвать деление ²³⁸U могут только нейтроны, энергия которых больше 1 МэВ

Энергии связи и энергии активации деления

Составное ядро	en МэВ	EA МэВ
236U	6,55	5,75
239U	4,80	5,85

Эффективное сечение реакции.

Пусть ядро –шар радиусом r » 10^-12 см, нейтроны – точки, летящие строго по прямолинейным траекториям, и если траектория пересекает ядро, то происходит реакция. Так как расстояния между ядрами атомов в твердом теле порядка 10^-8 cм, ядра не затеняют друг друга.

Пусть плотность нейтронов в пучке n н/см³, а их скорость v см/с. j = nv 1/см²с - плотность потока нейтронов. Взаимодействие нейтрона с ядром при попадании в сечение ядра s = 4r² см² (s – вероятность взаимодействия через при прохождении 1 нейтрона через единичную площадку в которой находится одно ядро). Скорость взаимодействия на пути l (l = v) в объёме nvs 1/с, полное число взаимодействий R 1/см³с, в среде, содержащей в 1 см³ N ядер:

R = snvN = sjN = S j , где S = sN_Ar/A

В общем случае  -коэффициент, характеризующий вероятность взаимодействия с ядром называется микроскопическим эффективным сечением, а S – макроскопическим сечением. Нейтроны на ядрах одного нуклида могут возбуждать разные реакции с. Сумма _i – полное эффективное сечение. Для характеристики эффективных сечений часто используется внесистемная единица барн, равная 1·10^-24 см². Эффективные сечения известных ядерных реакций лежат в очень широком диапазоне величин (от микробарн до тысяч барн).

Сечения деления чётно-чётных изотопов урана и тория

Л2 25 02 13

Задача1.1 Оценить макроскопичское сечение захвата и деления естественного урана при энергии нейтрона 2,510^-2, 10⁴ и 210⁶ эВ

Плотность урана 19 г/см³

Сечения поглощения и деления для тепловых нейтронов

нуклид	sa , барн	sf , барн
235U	681	583
238U	2,7	-

⁵_f = (58310^-24см² *610²³*19г/см³)/235г = 28 см^-1

^ест_f =(⁵с/(⁵с + ⁸с)) ⁵_f = (7,210^-3/1)28 = 0,2 см^-1

^ест_с = [(2,7*0.993 + 681*710^-3) 10^-24см² *610²³*19г/см³]/238г = 0,36 см^-1