1. Основное уравнение радиоактивного распада. Связь между постоянной распада и периодом полураспада. Равновесное количество радиоактивного материала.

Радиоактивность – свойство атомных ядер самопроизвольно изменять свой состав в результате испускания частиц или ядерных фрагментов.

Постоянная распада λ характеризует вероятность распада атомного ядра в единицу времени. Если в образце в момент времени t содержится N радиоактивных ядер, то количество dN ядер, распадающихся в интервал времени t — t+dt, определяется соотношением dN= -λNdt. Знак «минус» означает, что общее число радиоактивных ядер уменьшается в результате распада.

Закон радиоактивного распада:

N(t) = N₀ * e^-λt

N₀ — количество ядер в радиоактивном источнике в начальный момент времени 0 t=0

N(t) — количество радиоактивных ядер, оставшихся в источнике в момент времени t,

λ — постоянная распада

T_1/2 - период полураспада – время, за которое число радиоактивных ядер уменьшается вдвое

N₀/2 = N₀ * e^-λT1/2 => 2 = e^λT1/2 => T_1/2 = ln2/ λ

Количество ядер радиоактивного источника, распавшихся за время t:

N₀ - N(t) = N₀ (1 – e^-λt )

2. Тепловыделяющие элементы и тепловыделяющие сборки (назначение, устройства, материалы).

Конструктивной основой ЯТ является тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ) – герметичная трубка, в которой размещается расщепляющийся материал (урановые таблетки). В них происходит деление тяжелых ядер U-235, Pu-239 или U-233, сопровождающееся выделением энергии и от них происходит передача тепловой энергии теплоносителю. Твэлы состоят из топливного сердечника, оболочки и концевых деталей.

Таблетка не должна соприкасаться со стенками потому что от тепла может распухнуть, также выделяются благородные газы (Kr, Xe) и происходит радиационное вспучивание Зазор между стенками и таблетками заполняется гелием (он не вступает ни с чем реакцию, препятствует коррозии, хорошая теплопроводность). Зачем тонкий канал в центре таблетки? У т-ок сильный температурный градиент (очень горячие в центре), из-за этого могут треснуть.

Материал оболочки ТВЭЛов должен обладать следующими свойствами:

• Высокая коррозионная, эрозионная и термическая стойкость;

• Он не должен существенно изменять характер поглощения нейтронов в реакторе.

Оболочки изготавливают из: Zr (в реакторах с t АЗ 350-400°),Al (t <250-270°) и нержавеющей стали (>400°).

Про трубки из Zr: на 90% из Zr, на 1% из Nb (ниобий).

+низкое сечение радиоактивного захвата, хорошие механические свойства, химически пассивны

- плохой контакт с Na, поэтому на БНах делают дополнительную оболочку (рубашку) на твэл.

Длина: 3,8 метра, Диаметр: 0,91 см, Вес топлива внутри: 1575 г., Вес всего твэла: 21 кг

Основной параметр ТВЭЛа — глубина выгорания топлива, которая в энергетических реакторах достигает 40 МВт сут/кг, а время работы составляет до 3-4 лет. В современных ВВЭР выгорание топлива ТВЭЛов достигает более 65 МВтсут/кгU за 6-летнюю (по примерно 320 суток) кампанию. Использованные ТВЭЛы подвергаются переработке с целью извлечения неиспользованного в данной кампании или вновь накопленного ядерного топлива.

Твэлы объединяются в ТВС (Тепловыделяющая сборка).

Н а ВВЭР-1000 (водо-водяной реактор): в ТВС 317 твэлов. Во всей АЗ 151-153 твс. Работает 3-4 года. Одна загрузка реактора включает: 70 т чистого U, 80 т UO_2. АЗ: диаметр – 3,12 м, высота – 3,80 м. Обогащение топлива: 2,9-4,4%. Такие широкие пределы обогащения топлива потому что если ставим в зону свежее топливо, тогда будет 2,9%.

Дистанцирующая решетка: у нас такой формы: , на Западе: .

Их кол-во может достигнуть нескольких 10ков.

Одна из трудностей адаптации нашего топлива на западе из-за различия форм ТВС. Квадратная форма:+намного технологичней, -больше проблем с извлечением отработанного топлива. У ВВЭР-1000 кроме каналов для твэлов есть:

• 12 каналов для регулирующих стержней, их материал B₄C (корбит бора)

• Несколько каналов для камер деления (для уровня мощности)

• 2 канала для аварийного залива борного раствора (одно из средств аварийной защиты).

РБМК (реактор большой мощности канального типа). Непрерывное извлечение топлива. Замедлитель графит. Загрузка: 192т чистого U, 218т UO₂. В твс 18 твэлов, в АЗ 4,5 тыс твс.