3. 0000Коэффициент воспроизводства

Отношение числа делящихся ядер, образующихся в реакторе при поглощении нейтронов, к числу выгоревших делящихся ядер, называется коэффициентом воспроизводства (КВ).

Для уранового реактора КВ равен числу рожденных ядер Pu²³⁹, приходящихся на одно выгоревшее ядро U²³⁵.

Оценим величину КВ для реакторов на тепловых нейтронах с горючим U²³⁸ и U²³⁵. Для этого проследим за поколением нейтронов. Пусть один нейтрон поглотился в ядре U²³⁵. В среднем в результате родится h = 2,07 нейтронов. Чтобы обеспечить стационарный режим работы, один нейтрон должен быть снова поглощен в U²³⁵. Оставшиеся 1,07 нейтрона могут быть поглощены в ядрах U²³⁸ с образованием делящегося изотопа Pu²³⁹, могут быть поглощены непроизводительно в других материалах реактора или утечь из него. Следовательно, максимальное значение КВ (т.е. числа поглощений нейтронов в U²³⁸ на одно поглощение в ядре U²³⁵) равно 1,07. Этого значения КВ может достигнуть только если совсем отсутствуют непроизводительные потери. Но так как в реальных реакторах нельзя избежать этих потерь, то КВ < 1,07 для тепловых реакторов (КВ = 0,6¸0,8). В реакторах на быстрых нейтронах среднее число нейтронов, рождающихся при поглощении одного нейтрона в U²³⁵, h > 2,07 (может достигать 2,5). Для этого типа реакторов, КВ » 1,4¸1,7. В реакторах можно сжечь все запасы сырьевого топлива U²³⁸ и Th²³² с помощью имеющегося U²³⁵ только в том случае, если КВ > 1. Поэтому очень важно иметь КВ > 1.

4. Классификация ядерных реакторов

Все существующие ядерные реакторы можно классифицировать по нескольким признакам:

1. По энергии нейтронов, при которой происходит основная часть реакций деления:

1. реакторы на быстрых нейтронах E_n > 0,1МэВ

2. реакторы на промежуточных нейтронах 1 эВ < E_n < 0,1 МэВ

3. реакторы на тепловых нейтронах E_n < 1 эВ

(средняя энергия ядер при комнатной температуре E » 0,025 эВ)

2. По назначению:

   1. энергетический реактор – используется на АЭС, АСТ, подлодках, в космосе.

   2. реакторы для производства стабильных и радиоактивных изотопов (Pu²³⁹, Co⁶⁰, U²³³ и др.) - Челябинск,65, Сибирская АЭС.

   3. реакторы двухцелевого назначения (комбинированные).

   4. исследовательские реакторы – служат источником нейтронов, b- и g-излучений, которые используются в научных целях. Один из таких реакторов есть в Заречном. Одна из разновидностей – импульсные реакторы.

   5. Экспериментальные реакторы – для исследования работы ядерных реакторов, строится перед тем, как построить промышленный реактор нового типа, многие из них рассчитаны на нулевую мощность.

      3. По ядерному горючему:

         1. реакторы на природном уране

         2. реакторы на слабо обогащенном уране U²³⁵ (1-10)%

         3. реакторы на высоко обогащенном уране U²³⁵ (>10%)

         4. ^{реакторы на Pu239}

         5. ^{реакторы на U233}

      4. По структуре активной зоны:

         1. гомогенные  реакторы — т.е. все составляющие материалы равномерно размешаны по активной зоне (раствор урановой соли в воде; но более реален реактор в виде расплава некоторых солей урана, теплосъем в этом случае может быть организован пропусканием «душа» из свинца).

         2. гетерогенные реакторы – неоднородные, состав активной зоны меняется от точки к точке. Наиболее распространенный тип.

Схема реактора

Рис. 1.4.1. 1- отражатель; 2- горючее; 3- замедлитель.

3. По теплоносителю:

   1. реакторы на тяжёлой воде (D₂O)

   2. реакторы на жидких металлах (Na, K)

   3. реакторы на газах (CO₂, He)

4. По отражению:

Отражатель — это оболочка, цель которой — возврат части утекших из активной зоны нейтронов. При этом отражателем, в какой-то степени, является любое вещество за пределами активной зоны. В качестве отражателей используются:

1. для тепловых нейтронов – графит, бериллий, окись бериллия;

2. для реакторов на быстрых нейтронах – сталь, U²³⁸.

3. По замедлителю:

Замедлитель применяется только в тепловых реакторах. Основное назначение – замедлить нейтроны до тепловых энергий, при которых велико сечение захвата нейтронов изотопом U²³⁵. В качестве замедлителя служат: H₂O, D₂O, Be, BeO, графит.

В реакторах на быстрых нейтронах, наоборот, всячески избегают наличия замедлителей. В качестве теплоносителей в быстрых реакторах приходится применять жидкие металлы, которые меньше замедляют нейтроны, чем вода. Весь реактор окружается бетоном.