4.Критическое состояние реактора.

Самоподдерживающаяся цепная реакция деления возможна в среде, которая характеризуется эффективным коэффициентом размножения K_эфф ≥ 1. Если величина K_эфф < 1, то количество нейт­ронов уменьшается от поколения к поколению, и цепная реакция затухает.

Цепная реакция становится самоподдерживающейся при K_эфф = 1, так как при этом условии количество нейтронов стабилизируется вследствие того, что скорости образования и гибели нейтронов равны. Состояние реактора при K_эфф = 1 (ρ = 0) называется критическим.

В зависимости от значения K_эфф также определяю подкритическое состояние при K_эфф < 1 (ρ < 0) и надкритическое состояние при K_эфф > 1 (ρ > 0).

Критическое состояние может быть достигнуто как за счет соответствующего выбора размеров, так и состава среды размножения. Минимальные масса или размеры (объем), при которых достигается критическое состояние, называют критическими. Система на тепловых ней­тронах имеет самый большой критический объем и минимальную критическую массу. Изменение состава активной зоны сводится к выбору соотношения концентрации ядер замедлителя и ядерного топлива N_з / N_г, которое определяет величину материального параметра среды размножения B_m². При критическом состоянии реактора имеет место равенство геометрического и материального параметров B_m² = B² . Значения материального параметра для различных сочетаний топлива и замедлителя при различном их соотношении представлены в табл. 1

Таблица 1

Значения материального параметра B_m², м^-2

Nз / Nг	D2O / 235U	D2O / 239Pu	C / 235U	H2O / 235U
500	50	-	22	100
1000	60	-	20	15
4000	31,5	36,5	18	0
5000	27,7	33,2	17	0
1 · 104	17,2	22,3	15	0
1 · 105	1,9	-	1,8	0

В среде размножения, где замедлителем является H₂O, а делящимся материалом  ²³⁵U, при соотношении ядерных концентраций замедлителя и топлива N_з / N_г ≥ 4000 достижение критического состояния невозможно.

5.Принцип саморегулирования реактора. Коэффициенты реактивности.

При работе на стационарном уровне мощности реактор постоянно находится в критическом состоянии. Для обеспечения безопасных условий эксплуатации реактора критическое состояние должно быть устойчивым, таким, что случайные отклонения параметров не приводили к разгону или затуханию цепной реакции деления, т.е. обеспечиваются условия для соблюдения принципа саморегулирования.

Физическую основу реализации принципа саморегулирования можно продемонстрировать на следующем примере. Если в среде размножения, находящейся в критическом состоянии, произойдет локальное незначительное повышение температуры, то это вызовет уменьшение плотности замедлителя (воды). При меньшей концентрации ядер замедлителя уменьшится скорость замедления нейтронов и количество тепловых нейтронов вызывающих деление топлива. Уменьшение актов деления приведет к уменьшению тепловыделения за счет деления топлива и снижению температуры. Таким образом, среда размножения нейтронов препятствует изменению температуры.

Для оценки влияния изменения параметров на величину эффективного коэффициента размножения и величину реактивности используют коэффициенты реактивности. В общем случае коэффициент реактивности – это изменение реактивности, вызванное бесконечно малым изменением некоторого параметра

α = dρ / dx

Для характеристики реактора применяют:

• температурный коэффициент реактивности α_t = dρ / dt

• мощностной коэффициент реактивности α_N= dρ / dN

• плотностной коэффициент реактивности α_γ = dρ / dγ

Принцип саморегулируемости реактора обеспечивается, в случае если плотностной коэффициент реактивности положителен, а остальные коэффициенты реактивности отрицательны.