2. Основные составляющие реакторов на тепловых и быстрых нейтронах и их назначение.

Организовать цепную реакцию деления с помощью тепловых нейтронов существенно легче, чем с помощью быстрых, непосредственно рождающихся при делении ядерного топлива.

Главная часть любого реактора – активная зона (АЗ), т.е. место, где протекает цепная реакция. В реакторе на тепловых нейтронах (Рис. 28) АЗ состоит из топлива и замедлителя, расположенных в определенном порядке.

Через активную зону прокачивают теплоноситель (жидкость или газ), охлаждающий зону и отводящий из неё теплоту, выделяющуюся при делении топлива. При этом сам теплоноситель нагревается, а температура элементов реактора не поднимается выше допустимого уровня. Для регулирования мощности реактора (изменения k_эф) в активную зону вводят стержни системы управления и защиты (СУЗ), состоящие из материала, сильно поглощающего нейтроны. Активная зона окружена отражателем, уменьшающим утечку нейтронов из активной зоны. Весь реактор окружается биологической защитой, которая поглощает радиоактивное излучение из активной зоны и защищает тем самым персонал.

В реакторах на быстрых нейтронах (рис. 29) замедлителя в АЗ нет и большая часть реакций деления вызывается быстрыми нейтронами.

При этом активная зона имеет малые размеры и большие плотности нейтронных потоков, а значит и утечка нейтронов из АЗ велика (20 – 40 %). Эти нейтроны используют для воспроизводства топлива за счет радиационного захвата нейтронов ядрами ²³⁸U и превращения их в делящиеся ядра ²³⁹Pu. Для этого активную зону окружают, т.н., зоной воспроизводства, содержащей природный или обеднённый уран. Одновременно зона воспроизводства служит и отражателем нейтронов для АЗ. Теплоноситель прокачивается не только через активную зону, но и через зону воспроизводства, т.к. там тоже выделяется теплота за счёт поглощения нейтронов. Так же, как и для реакторов на тепловых нейтронах имеются СУЗы и биологическая защита.

3. Критический объем реактора и основные факторы, влияющие на его минимальное значение. Влияние отражателя на критические размеры.

Реактор будет критическим при EMBED Equation.3 (параметр будет определятся размерами и формой активной зоны реактора, т.е. его геометрией, а материальный параметр зависит только от состава (материала) активной зоны), т.е. когда геометрический параметр равен материальному. Из выражения геометрического параметра для параллелепипеда видно, что это условие будет выполняться при различных сочетаниях размеров: а, в, с. Однако для реактора желательно, чтобы объём активной зоны V = а · в · с был минимальным. Легко показывается, что минимальный объём будет получаться при условии а = в = с. Минимальный критический объём – у шара. Это объясняется тем, что у него минимальное отношение поверхности к объёму, а значит наибольшая вероятность избежать утечки р при одинаковом составе активной зоны.

Основные факторы влияющие на минимальное значение критического объема:

1. Чем больше разность тем меньше крит.объем.

2. Чем больше М (длина миграции нейтрона) тем больше .

3. Форма АЗ.

Появление отражателя уменьшает утечку, т.е. часть нейтронов возвращается обратно, что увеличивает коэффициент размножения и реактор, бывший критическим без отражателя, станет надкритическим. Чтобы снова сделать критическим реактор с отражателем, придётся увеличить утечку нейтронов, а значит, уменьшить его размеры. Таким образом, использование отражателя позволяет уменьшить критические размеры реактора. Действие отражателя характеризуется, т.н. эффективной добавкой δ. Она показывает, на какую величину уменьшаются критические размеры реактора после установки отражателя (иногда величину δ называют выгода отражателя или экономия активной зоны).