Отражатель нейтронов. Ядерные реакции на нейтронах. Эффективное поперечное сечение ядерной реакции

Есть еще один (кроме выбора формы реактора) эффективный способ уменьшения вылета нейтронов, а значит, и критической массы.

Нужно надеть отражающую рубашку на реактор, чтобы отражать нейтроны и возвращать их назад, это позволит снизить утечку нейтронов. Такая рубашка названа отражателем.

Уточним понятие “реактор”. Реактор – это вся конструкция, включающая топливо, отражатель, механизмы управления реактором. А вот тот объем, в котором находится уран, - это активная зона.

Отражатель, однако, не будет возвращать в активную зону все вылетающие из него нейтроны, т.к. ядра элемента, из которого сделан отражатель, занимают в нем очень малую долю объема. Поэтому часть нейтронов будет пролетать через отражатель, часть отражаться в активную зону, а часть поглотится в отражателе.

Что означает: “отражение нейтронов от ядер” или “поглощение нейтронов в отражателе”? Разберемся в этих терминах подробнее.

Итак, нейтрон сталкивается с ядром U₂₃₅. Одной из наших ошибок было то, что мы считали обязательным результатом такого столкновения деление ядра. Не будем подробно разбирать картину взаимодействия нейтрона с ядром. Рассмотрим только возможные результаты такого взаимодействия.

Во-первых, нейтрон может просто отскочить от ядра – или, как говорят физики, рассеяться – и продолжить свой полет дальше до тех пор, пока не столкнется с другим ядром (это реакция рассеяния).

Во-вторых, столкнувшись с ядром, нейтрон может проникнуть внутрь его, так и не вызвав деления ядра (это реакция поглощения).

Наконец, нейтрон может вызвать деление ядра.

Но как же можно проводить какие-либо расчеты, если достоверно не известно, что произойдет при взаимодействии нейтрона с ядром?

Действительно, для одного какого-либо нейтрона ответ дать нельзя. Однако процессы взаимодействия нейтронов с ядрами имеют определенные закономерности, т.е. существует вполне определенная вероятность того, какой произойдет процесс.

Например, можно довольно достоверно сказать, что из произвольно взятой 1000 нейтронов, столкнувшихся с ядром урана, 799 рассеются, 200 вызовут деление и 1 поглотится. Если же взять какую-либо конкретную тысячу нейтронов, то вместо 799 может оказаться, скажем, 743. Ясно, что чем больше число взаимодействий, тем с большей достоверностью можно предсказать вероятность того или иного канала реакции.

В реакторе мощностью 500 Вт за 1с происходит примерно 15 триллионов взаимодействий нейтронов с ядрами. Если мы знаем вероятность того или иного вида взаимодействия нейтрона с ядром, то можно с точностью, превышающей практически необходимую, подсчитать общее число делений, поглощений, рассеяний (надо 15 триллионов умножить на соответствующую вероятность).

Теория реакторов является теорией большого числа взаимодействий, теорией больших чисел, т.е. статистической теорией.

В расчетах реакторов физики используют не вероятность того или иного процесса, а другую величину, связанную с вероятностью, а именно - эффективное сечение взаимодействия («сечение» – значит: площадь сечения; «эффективное» – значит, то которое имеет значение в данном случае).

Полное сечение _t ядра урана равно 7·10^-24 см² = 7 барн. Оно состоит как бы из отдельных кусочков: _f (деление) = 1,4 барн; _s (рассеяние) = 5,593; _c (радиационный захват, т.е. поглощение нейтрона без деления ядра) = 0,007. Отношение _i/_t равно вероятности i-го вида взаимодействия нейтрона с ядром (только не нужно думать, что в ядре есть какие-то отдельные участки, на которых возможен один вид взаимодействия).