8. Глубина выгорания топлива

Глубина выгорания топлива определяет топливную составляющую стоимости электроэнергии (они обратно пропорциональны).

Глубина выгорания - это отношение числа ядер выгоревшего горючего (делящегося и сырьевого) к числу ядер горючего в первоначальной загрузке.

,

[]=

Иногда  определяют только по делящемуся изотопу . но нас интересует сгорание в его горючего, и мы будем пользоваться первоначальным определением.

Сгорание 1 грамма приводит к выделению энергии 1 МВт - сутки. Величина 1 (Мвт*сутки)/m соответствует выгоранию 1 грамма в топке горючего.

1 (Мвт*сутки)/m=1 г / 1 м =

Обычно для тепловых реакторов =15 , а для быстрых - 510 %

1. %=10000 (Мвт*сутки)/m

Эффекты отравления, зашлаковывания и выгорания приводят к тому, что в тепловых реакторах  не достигает более 15 % из-за падения К_эфф. В быстрых реакторах К_эфф const, т. к. отравление и зашлаковывание практически отсутствуют из-за малости сечения поглощения шлаками нейтронов больших энергий, а время кампании определяется механической прочностью реактора.

9. Об атомной бомбе

Для осуществления ядерного взрыва необходимо соединить подкритичные куски в существенно подкритичное целое, а после соединения герметизировать горючее для удержания его в компактном состоянии, чтобы добиться наибольшей глубины выгорания.

После соединения необходимо обеспечить К_эфф 1,3. Это означает, что куски будут образовывать критическую массу уже на некотором расстоянии друг от друга, и реакция начнется раньше их соединения их в одно целое. Можно добиться времени соединения кусков.

Чтобы куски соединялись после того, как бомба уже стала критической требуется время (10^-310^-4) сек.

- порядка 10^-5 см.

Энергии, которой достаточно для расплавления U, соответствует определенная плотность потока нейтронов. Время для расплавления.

=0,3. изменять можно только начальную плотность. Нам нужно сделать время расплавления достаточно большим.

Для этого нужно , чтобы

t_p=10^-5/0,3310^-5;

Начальная плотность нейтронов должна быть как можно меньше. Она определяется возможностью спонтанного действия. Спонтанное деление происходит и на U²⁸⁵, и на Pu²³⁹ и Pu²⁴⁰; у Pu²⁴⁰ период полураспада 1,210¹¹лет, а у Pu²³⁹, соответственно, 5,510¹⁵лет. Если в горючем будет много Pu²⁴⁰, то будет высокая начальная плотность нейтронов. Горючее может оказаться негодным. При мощности 3500МВтсут/т, соответствующей выгоранию, накапливается 20% Pu²⁴⁰. Его нельзя применять для атомной бомбы.

Период разгона реакторов

t_x = 10^-4с

- за это время поток будет увеличиваться в 10 раз. Как получить наибольшее количество энергии до распада системы. Чтобы достигнуть наибольшей мощности нужно как можно дольше продержать систему в компактном состоянии. Если времени задержки нет, то система расплавилась и претерпела распад, т. е. энергия сопоставима с энергией испарения 100кг Pu. Эта энергия не очень велика, тем не менее, надо отталкиваться от неё. Надо создать такую герметичную оболочку, чтобы выделившегося в горючем тепла не хватило для её расплавления. Для разрыва оболочки нужно, чтобы давление, созданное внутри, распространялось по всей оболочке. Скорость распространения не выше скорости звука в оболочке d=10см. С=10⁵см/сек; t_об=10^-4сек;

За это время плотность нейтронов повысится в 10 раз по сравнению с той, что необходима для испарения всего горючего. Оболочка может разорваться. Для ее разрыва необходимо дополнительное время. Пусть давление при котором произошел разрыв 100 кг²/см².

Рис.18.9.1

m=200г. Считаем, что сила, действующая на этот кусок = const. Движение равноускоренное.

Плотность нейтронов изменится в 10²⁰ раз по сравнению с той, которая нужна для испарения горючего. Чтобы осуществить мощный взрыв необходимо большое К_изб. =0,07; Большая подкритичность вряд ли возможна. В реакторах никаких условий герметизации нет, происходит выброс теплоносителя, и реактор становится подкритичным.