- •Тема 2.
- •НЕЙТРОННЫЕ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ………………………………………………………………….
- •Тема 10.
- •ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЭФФЕКТЫ РЕАКТИВНОСТИ РЕАКТОРА…………………………………...
- •Тема 11.
- •Тема 12.
- •КИНЕТИКА РЕАКТОРА С УЧЁТОМ ЗАПАЗДЫВАЮЩИХ НЕЙТРОНОВ…………………...
- •Тема 13.
- •ПОНЯТИЯ ОБЩЕГО И ОПЕРАТИВНОГО ЗАПАСА РЕАКТИВНОСТИ РЕАКТОРА………
- •Тема 15.
- •УМЕНЬШЕНИЕ ЗАПАСА РЕАКТИВНОСТИ С ВЫГОРАНИЕМ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА……
- •Тема 16.
- •Тема 17.
- •РОСТ ЗАПАСА РЕАКТИВНОСТИ С ВОСПРОИЗВОДСТВОМ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА…...
- •Тема 18.
- •ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫГОРАЮЩИХ ПОГЛОТИТЕЛЕЙ………………………………………….
- •СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ РЕАКТОРОМ И ИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
- •Тема 21.
- •ЭФФЕКТИВНОСТЬ СТЕРЖНЯ-ПОГЛОТИТЕЛЯ И ГРУППЫ ПОГЛОТИТЕЛЕЙ…………...
- •Тема 2
- •НЕЙТРОННЫЕ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
- •Урана-235
- •Плутония-239
- •найти его скалярную величину:
- •ВВЭР-440
- •ВВЭР-1000
- •РБМК-1000
- •Вероятность избежания утечки замедляющихся нейтронов - это доля нейтронов, избежавших утечки из активной зоны при замедлении, от всех нейтронов поколения, начавших процесс замедления в активной зоне.
- •Коэффициент замедления вещества - это величина отношения замедляющей способности вещества к его поглощающей способности в интервале энергий замедления (измеряемой величиной среднего значения макросечения поглощения вещества в этом интервале).
- •Характеристики
- •Величину, обратную величине транспортного смещения
- •Возраст нейтронов с энергией Е - это шестая часть среднего квадрата пространственного смещения нейтрона в среде при замедлении от начальной энергии Ео до данной энергии Е.
- •Краткие выводы
- •Ф(r=0,z=0) = Фо = Фmax
- •Рис.6.10. График функции Бесселя первого рода нулевого порядка Io(x) для действительного аргумента.
- •Краткие выводы
- •Краткие выводы
- •Тема 10
- •ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЭФФЕКТЫ РЕАКТИВНОСТИ РЕАКТОРА
- •КИНЕТИКА РЕАКТОРА
- •Тема 11
- •ЭЛЕМЕНТАРНАЯ КИНЕТИКА ТЕПЛОВОГО РЕАКТОРА
- •Следовательно, время жизни запаздывающих нейтронов любой группы
- •Тема 12
- •КИНЕТИКА РЕАКТОРА С УЧЁТОМ ЗАПАЗДЫВАЮЩИХ
- •НЕЙТРОНОВ
- •Тема 13
- •ОСНОВЫ КИНЕТИКИ ПОДКРИТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА
- •Что это за источники?
- •Учитывая, что отношение начальной и конечной плотностей нейтронов
- •Краткие выводы
- •Тема 15
- •Тема 16
- •Тема 17
- •РОСТ ЗАПАСА РЕАКТИВНОСТИ С ВОСПРОИЗВОДСТВОМ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
- •Тема 18
- •ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫГОРАЮЩИХ ПОГЛОТИТЕЛЕЙ
- •ОТРАВЛЕНИЕ РЕАКТОРА КСЕНОНОМ
- •Тема 21
82 |
Тема 5. Замедление нейтронов и размножающие свойства реактора. |
|
|
Ядро в момент испускания |
|
|
рассеиваемого нейтрона |
|
λtr = 1 / Σtr |
2* |
Предыдущее ядро в |
|
|
момент испускания |
|
|
рассеиваемого нейтрона |
Путь ядра, который |
|
|
|
оно проходит, пребывая |
|
|
в возбуждённом состоянии |
1 |
|
2 |
|
|
Ядро в момент столкновения с |
|
|
|
|
|
нейтроном получает импульс отдачи |
|
λs = 1 / Σs |
|
|
|
|
Рис.5.6. К пояснению понятия транспортного смещения нейтрона в рассеивающей среде.
Рассеянный первым ядром замедляющийся нейтрон - частица, обладающая массой и большой кинетической энергией, - сталкиваясь по окончании свободного пробега λs c очередным (вторым) ядром, передаёт этому ядру свой кинетический импульс и ведёт себя в этот момент как обычная частица малой массы (1 а.е.м.) при столкновении с частицей большой массы (А а.е.м.). Какой бы удар ни испытало ядро (упругий или неупругий, лобовой или скользящий), оно, получив этот импульс, движется в одном из направлений отдачи в переднюю полусферу (в переднюю, то есть ориентированную в первоначальном направлении движения нейтрона до рассеяния на втором ядре). Далее нейтрон проникает в сферу ядерных сил второго ядра, образуя возбуждённое составное ядро, которое продолжает двигаться в указанном направлении отдачи.
Составное ядро, как известно, может пребывать в состоянии возбуждения ограниченное (но конечное) время и за это время проходит некоторое расстояние (2 - 2*), лишь в точке 2* сбрасывая с себя возбуждение и испуская рассеиваемый нейтрон.
Следовательно, истинное расстояние в пространстве среды между точками испускания рассеиваемого нейтрона в двух последовательных рассеяниях должно оцениваться не как λs, а как расстояние (1 - 2*), которое явно больше расстояния λs: второе ядро в момент испускания рассеиваемого нейтрона оказывается в передней полусфере, в точке 2*, более удаленной от точки 1, чем точка 2.
Рассеяние на ядре получается явно анизотропным, причиной анизотропии служит кинетический импульс, который приобретает ядро от нейтрона, а результатом этого приобретения является увеличение пространственного смещения нейтрона в среде между двумя последовательными рассеяниями.
Пространственное смещение нейтрона в среде между двумя последовательными во времени актами рассеяния на ядрах среды, осреднённое по всем рассеяниям, принято называть транспортным смещением нейтронов в этой среде и обозначать λtr.
Величину, обратную величине транспортного смещения |
|
Σtr = 1/λtr, |
(5.3.4) |
по аналогии с величиной макросечения рассеяния называют транспортным макросече-
нием среды.
Транспортное смещение и транспортное макросечение являются такими же нейтроннофизическими характеристиками веществ и сложных сред, как и любые другие макросечения. Бо-
Тема 5. Замедление нейтронов и размножающие свойства реактора. |
83 |
лее того, кинетическая теория строго доказывает взаимосвязь транспортного смещения и средней длины свободного пробега нейтрона между рассеяниями:
λtr = λs/(1-μ), |
(5.3.5) |
где μ - известная нам характеристика анизотропии ядер - средний косинус угла рассеяния. Из (5.3.5) следует и очевидная взаимосвязь соответствующих макросечений:
Σtr = Σs(1 -μ). |
(5.3.6) |
- то есть, по существу, транспортное макросечение - это макросечение рассеяния вещества, скорректированное с учётом анизотропии рассеяния на ядрах этого вещества.
И, поскольку тяжёлые ядра рассеивают нейтроны практически изотропно (μ ≈ 0), то для них Σtr ≈ Σs, в то время как у лёгких ядер величина Σtr существенно меньше величины Σs. (Например, для ядер водорода μн = 0.667 и Σtr ≈ Σs/3, а для ядер графита μс = 0.0556 и Σtr ≈ 0.944 Σs).
5.3.4. Длина замедления и возраст нейтронов в среде. Дадим вначале строгое определение понятию средней длины замедления:
Средняя длина замедления нейтронов до произвольного уровня энергии Е - lз(Е) - это среднестатистическое пространственное смещение нейтрона в процессе его замедления от начальной энергии Ео, с которой нейтрон рождается в делении, до данной энергии Е (в частности, - до уровня энергии сшивки Ес, если речь идёт о полной длине замедления нейтрона до теплового уровня - lз(Ес)).
При замедлении одиночного нейтрона частные (не средние!) величины пространственных смещений нейтронов в процессе замедления схематически представить нетрудно (рис.5.7).
Путь, проходимый нейтроном при замедлении от энергии Е0 до энергии Ес |
|
Точка рождения БН |
Точка, где энергия |
|
нейтрона стала |
|
ниже Ес |
Частное смещение данного нейтрона (по прямой) при замедлении до Ес Среднеквадратичное значение этой величины – и есть длина замедления.
Рис.5.7. Графическое пояснение понятия длины замедления.
Рожденный в делении быстрый нейтрон, испытывая серию последовательных рассеяний, проходит в среде путь в виде ломаной линии, отрезки которой представляют собой пространственные смещения нейтрона между актами двух последовательных рассеяний. В процессе замедления из-за случайного характера рассеивающих соударений с ядрами среды нейтрон может удаляться от точки своего рождения или приближаться к ней, но в любом случае величина пространственного смещения каждого нейтрона при замедлении до любой энергии Е - своя, у разных нейтронов эти величины могут сильно отличаться. Однако среднее значение этой величины при рассеянии больших количеств замедляющихся нейтронов в среде, тем не менее, должно быть физической константой этой среды, т.к. влиять на процесс пространственного переноса нейтронов, управлять им с определённой закономерностью, кроме среды, больше некому.
Вопрос в том, как усреднять величину пространственных смещений множества нейтронов: брать ли среднеарифметическую их величину или среднестатистическую (среднеквадратичную)?
Как показали физические эксперименты, с действительностью согласуется именно среднеквадратичная величина смещения нейтронов в процессе замедления:
|
|
|
1 |
n |
|
|
|
|
з2 (E) = |
∑lз2i (E) . |
(5.3.7) |
||
l |
||||||
|
||||||
|
|
|
n i=1 |
|
В кинетической теории доказательно выводится связь средней длины замедления с другими характеристиками замедляющих свойств среды: