6.2. Коэффициент размножения
Поколение нейтронов
Определение коэффициента размножения системы с делящимися изотопами опирается на понятие поколения нейтронов. Рассмотрим среду с делящимися ядрами, в которую одновременно попало 1000 нейтронов. Назовем эти нейтроны нейтронами первого поколения. Часть нейтронов первого поколения вызовет реакции деления ядер. Нейтроны, которые появятся в результате данных реакций, будут нейтронами второго поколения. Нейтроны второго поколения в результате реакции деления произведут нейтроны третьего поколения и т.д. Следует отметить, что в системе одновременно присутствуют нейтроны нескольких поколений, т.к. нейтроны определенного поколения будут делить ядра не одновременно, а в течении некоторого времени. Зная параметры системы можно рассчитать среднее время жизни нейтрона в системе, которое будет равно среднему времени жизни поколения. Введение в рассмотрение поколений нейтронов оказалось очень продуктивным для анализа размножающих свойств сред с делящимися материалами. На основе понятия поколение нейтронов вводится одна из основных характеристик таких систем – коэффициент размножения.
Определение:
Коэффициент размножения (Кэф) - это отношение количества нейтронов следующего поколения к количеству нейтронов предыдущего поколения
При Кэф < 1 реакция деления затухает.
При Кэф= 1 реакция деления происходит на постоянной мощности (нормальный режим работы реактора).
При Кэф> 1 реакция деления разгоняется (увеличение мощности).
Для осуществления преобразования ядерной энергии в электрическую, необходимо поддерживать в реакторе Кэф= 1.
Коэффициент размножения бесконечной среды (К∞) – коэффициент размножения теоретический системы, которая представляет собой пространство, полностью заполненное некоторой средой (гомогенной или гетерогенной). В бесконечной среде отсутствует утечка нейтронов, поэтому коэффициент размножения любой конечной системы, состоящей из данной среды будет меньше, чем коэффициент размножения бесконечной среды. Зная коэффициент размножения бесконечной среды можно и оценить критические размеры и массу системы конкретной формы.
6.3. Способы достижения критичности
Если известно, что в некоторой среде К∞ больше единицы, то можно создать конечную систему с коэффициентом размножения равном единицы (критическую систему). Достижение критического состояния системы сопровождается рядом физических эффектов, наиболее важные из которых: рост потока нейтронов в системе из-за наличия нейтронного источника в виде спонтанного деления; увеличение потока гамма-квантов из-за появления осколков деления; рост энерговыделения, и вследствие этого повышение температуры элементов системы и их объемное расширение. Указанные эффекты легко регистрируются, поэтому достижение критики может быть установлено с высокой точностью.
Существует множество способов достижения критического состояния, рассмотрим наиболее важные из них:
Изменение расстояния между двумя подкритическими системами, которые в совокупности представляют надкритическую или критическую систему;
Изменение геометрических размеров среды с делящимися материалами;
Изменение поглощения в системе за счет выдвижения поглощающих стержней
Изменение свойств системы за счет изменения количества замедлителя
Изменение свойств системы за счет изменения свойств окружения системы (отражателя)