3. Назначение и типы замедлителей. Соотношение количества топлива и замедлителя в реакторе на тепловых нейтронах. Основные физические и эксплуатационные характеристики.

Необходимость замедлителя нейтронов вызывается тем, что эффективные сечения деления ядер топлива намного больше при малых значениях энергии нейтронов, чем при больших. Замедление нейтронов- процесс уменьшения кинетической энергии нейтронов в результате их многократных столкновений атомными ядрами вещества. Замедление нужно для лучшего протекания цепной реакции( быстрые нейтроны превращаются в тепловые)     В активной зоне теплового реактора должен находиться замедлитель -- вещество, ядра которого имеют малое массовое число. Не должен отъедать тепловые нейтроны. В качестве замедлителя применяют графит, тяжелую (содержит 2 тяжелых изотопа водорода : D₂O-меньше сечение захвата-лучший замедлитель-дорогой) или легкую воду, бериллий, окись бериллия,органические жидкости. Тепловой реактор может работать даже на естественном уране, если замедлителем служит тяжелая вода или графит. При других замедлителях необходимо использовать обогащенный уран. От степени обогащения топлива зависят необходимые критические размеры реактора, с увеличением степени обогащения они меньше. Существенным недостатком реакторов на тепловых нейтронах является потеря медленных нейтронов в результате захвата их замедлителем, теплоносителем, конструкционными материалами и продуктами деления. Поэтому в таких реакторах в качестве замедлителя, теплоносителя и конструкционных материалов необходимо использовать вещества с малыми сечениями захвата медленных нейтронов.

В качестве замедлителей используют материалы с малым массовым числом и небольшим сечением поглощения.

Соотношение кол-ва замедлителя и топлива влияет на реактивность ρ=(к-1)к реактора. Для характеристики цепной реакции деления используется величина, называемая коэффициентом размножения К. Это отношение числа нейтронов определенного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. Для стационарной цепной реакции деления К = 1. Размножающаяся система (реактор), в которой К = 1, называется критической. Если К > 1, число нейтронов в системе увеличивается и она в этом случае называется надкритической. При К < 1 происходит уменьшение числа нейтронов и система называется подкритической.

1. k=k(φ) φ — Вероятность избежать резонансного захвата в процессе замедления

2. K_эфф= μφΘν μ — Коэффициент размножения на быстрых нейтронах;φ — Вероятность избежать резонансного захвата; θ — Коэффициент использования тепловых нейтронов;

3. φ = exp(- N_топл I_эфф /N _{замедлит} (ξσ)); N_топл N _{замедлит-}кл-во ядер топл и замедл, I_эфф-вероятн резонансного захвата, ξ – замедл способн замедлителя

соотношение замедл к топливу должно быть оптимально- к_эфф≈1, если много замедлителя то возрастает вероятность захвата нейтронов, к↓,если мало то тоже к↓,тк реактор работает на тепловых нейтронах и не на быстрых

Билет 15

1. Реакция радиационного захвата. Символьная запись, типичная энергетическая зависимость сечения, примеры, значимость для физики размножающих систем.

Реакция радиационного захвата (РРЗ) – реакция, которая отъедает n

Ядро имеет набор разрешенных энергетических состояний (нижнее – основное)

A* (z, N+1)

A(z, N+1)

Энергия сбрасывается в основное состояние

Все ядра, которые испускают β⁺, β^- частицы, как правило, излучают сильное

j – излучение

запись (n;γ) (н,гамма)

(A,z)+n→(A+1,z)+y

Пример ²⁷ ₁₃Al +n→²⁸ ₁₃ Al +y

Нет гамма излучения при распаде ¹³⁸ F,³⁰Стронций, Полоний

_{с ечение деления}

δ_{f (fission)}

5 86 барн ²³⁵U

1 барн

En

^{тепловая энергия нейтрона} 1МэВ 1,2 МэВ

δ(n;у)-эффект сечения, характеризует вероятность захвата нейтрона, убывает с возрастанием скорости нейтрона, пока не достигает области резонансного поглощения

E*(z, N+1) = E(z, N+1) + En

^{энергия связ}

¹³⁷Сr – радиоактивен по β ^– модеT_1\2 = 30 лет _{распадается на элемент, который больше его на z+1}

¹³⁷Cr

β¹ из 100 распадов 18 (из осн в осн состояние)

¹³⁷Ba ¹³⁷Cr

β^- (82%) (возб¹³⁷Ba*)

j-изучение 661кэВ

¹³⁷Ba

Считаем, что ядро – мишень стоит на листе после удара (нет кинематики)

С²М(z, N) + c²m_n + En_(кинет) = С² М(z, N+1) + E*

Факт: существует ядро А (z, N+1) (в основном состоянии) => оно

и меет положительную энергию связи

С ²М(z, N) + c²m_n - С²М(z, N+1) = En(z, N+1) > 0 (условие существования этого ядра)

= > E*(z, N+1) = E(z, N+1) + En

^{энергия связи}

(условие существования, перенесенное на реакцию)

При En =0: E*(z, N+1) = En (энергия возбуждения не может быть меньше энергии связи) => энергия всегда выделяется (пример экзотермической ядерной реакции)

_{налетающ (кинет) энергия нейтрона}

При любых эн-х n может идти такая реакция (даже нулевая)

Энергия связи приблизительно одинакова – 5-7 МэВ

Пример: проект кобальтовой бомбы (реакция радиационного захвата РРЗ)

Оболочка ⁵⁹Со (единств изотоп) ⁵⁹Со(n,j)⁶⁰Со

Захват n -> j- излучение ->

превращается в ⁶⁰Со(радиоактивен)

^{нейтроны 60}Co → ^β- T_1/2=5,27 лет

^{термояд взрыва} _{энергия j- излучениz}

Е j ~ 2 МэВ

не имеет направления деления

⁶⁰Со работает в лучевых пушках (лечит)

Пример: Почти все ЯО – на Pu

Искусственная наработка Pu – 200 т

_{в реакторе}

²³⁸U (n, j) ²³⁹U

β^-

23,6 мин

²³⁹Np

β^-

2, 34дня

²³⁹Pu (в основе наработки – РРЗ)

Хороша: позволяет получить Pu

Плоха: в реакторе может не хватить n на поддержание реакции