1.2. Описание конструктивного элемента
Отражатель нейтронов – это слой вещества, окружающий активную зону ядерного реактора и служащий для уменьшения утечки нейтронов из активной зоны. Отражатель нейтронов позволяет уменьшить критическую массу делящегося вещества и увеличить съем мощности с единицы объема активной зоны [1].
На рисунке 1.1, показано расположение отражателя нейтронов на схеме гетерогенного реактора (реактор, в котором ядерное горючее конструктивно отделено от замедлителя и других элементов активной зоны, основной признак гетерогенного реактора - наличие тепловыделяющих элементов).
Благодаря отражателю происходит выравнивание нейтронной плотности и энерговыделения по объему активной зоны, что позволяет при данных размерах зоны получить большую мощность, добиться более равномерного выгорания топлива, увеличить продолжительность работы реактора без перезагрузки топлива и упростить систему теплоотвода. Отражатель нагревается за счет энергии замедляющихся и поглощаемых нейтронов и гамма - квантов, поэтому предусматривается его охлаждение. Активная зона, отражатель и другие элементы размещаются в герметичном корпусе или кожухе, обычно окруженном биологической защитой.
Рисунок 1.1 - Схема гетерогенного реактора [1]
1-топливо, 2-замедлитель, 3-теплоноситель, 4-отражатель, 5-корпус и биологическая защита, 6-вход теплоносителя, 7-выход теплоносителя, 8-стержни регулирования
Активная зона реактора практически всегда, за исключением специальных реакторов, окружена отражателем, возвращающим часть нейронов в активную зону за счет многократного рассеяния. В реакторах на быстрых нейронах активная зона окружена зонами воспроизводства. В них происходит накопление делящихся изотопов. Кроме того, зоны воспроизводства выполняют и функции отражателя. В некоторых реакторах отражатель нейтронов изготавливается из бериллия [1].
В ядерных реакторах в качестве отражателей нейтронов, как правило, используются конструкции в виде массивных, цельных пластин или блоков из металлического бериллия высотой до полуметра и более [2]. Сверху и снизу такой блок ограничен металлическими фланцами (обычно из нержавеющей стали), а несущим нагрузку, обеспечивающим цельность и жесткость конструкции, является сам материал блока – бериллий Недостатком данной конструкции является подверженность материала блока растрескиванию и последующему разрушению в процессе эксплуатации в активной зоне реактора при достижении флюенса из интервала (3-6)•1030 cм2 (Е>0,1 МэВ) [3].
На рисунке 1.2 слева - представлен чертеж отражателя нейтронов ядерного реактора СМ, справа - горизонтальное сечение. Отражатель нейтронов состоит из бериллиевого блока, составленного в данном случае из трех частей (1), которые размещены последовательно друг за другом по высоте внутри герметичного чехла (2) с зазором (3) между бериллиевым блоком и внутренней поверхностью чехла, который поддерживается дистанционаторами (4). Представленный вариант конструкции отражателя нейтронов из бериллия соответствует существующей компоновке активной зоны реактора СМ. Поперечное сечение отражателя прямоугольное, он расположен более протяженной стороной к активной зоне реактора.
Рисунок 1.2 - Отражатель нейтронов [3]
1- бериллиевый блок, 2-герметичный чехол, 3-зазор, 4-дистанционаторы