На главную
Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Данный ресурс поможет эффективно и интересно изучать физику. Учите физику!
   

Обучение и материалы
Физический справочник
Формулы по физике
Шпаргалки по физике
Энциклопедия
Репетиторы по физике
Работа для физиков
Быстрый устный счет
Виртуальные лабораторные
Опыты по физике
ЕГЭ онлайн
Онлайн тестирование
Ученые физики
Необъяснимые явления
Ваша реклама на сайте
Разное
Контакты
Спецкурс
Фейнмановские лекции

В мире больших скоростей

Введение в теорию относительности

Лекции по биофизике
Лекции по ядерной физике
Ускорение времени...
Лазеры
Нанотехнологии
Книги
полезное
Смешные анекдоты о физике
Готовые шпоры по физике
Физика в жизни
Ученые и деньги
Нобелевские лауреаты
Фото
Видео
Карта сайта
На заметку
Если вам понравился сайт, предлагаем разместить нашу кнопку
Кнопка сайта All-fizika.com
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









3.2. Нейтронный цикл в тепловом ядерном реакторе

Подавляющее большинство энергетических ядерных реакторов, исполь­зуемых в энергоблоках АЭС, являются тепловыми.
Тепловой ядерный реактор (в отличие от быстрого и промежуточного) - это реактор, в котором большинство делений ядер топлива осуществляется тепловыми нейтронами.
Иначе говоря, тепловому реактору свойственен тепловой (приблизительно максвеллов­ский) энергетический спектр нейтронов.
Нейтронный цикл - это совокупность физических процессов, которые  повторяются  в пределах среднего времени жизни каждого поколения.

3.2.1. Основными физическими процессами нейтронного цикла в теп­ловом реакторе являются следующие.
а) Рождение свободных нейтронов в реакциях деления ядер топлива. Напомним, что все нейтроны деления рождаются быстрыми (с Е > 0.1 МэВ), а их энергетическое распределение описывается спектром Уатта, которо­му свойственны наиболеевероятная энергия нейтронов Енв = 0.71 МэВ, и средняя энергия нейтронов Еср = 2 МэВ.
б) Замедление нейтронов - процесс пространственного переноса нейтронов в среде активной зоны, сопровождающийся уменьшением их кине­тической энергии за счёт реакций рассеяния на ядрах этой среды.
Существенными чертами процесса замедления нейтронов в реакторе являются:
- источником движения замедляющихся нейтронов является начальная кинетическая энергия, с которой рождаются в делениях быстрые нейтроны;
- нейтроны движутся прямолинейно и равномерно до тех пор, пока не встречают препятствия в виде ядер, с которыми они вступают во взаимо­действия; наиболее характерным типом взаимодействия быстрых и промежу­точных нейтронов с ядрами среды, содержащей замедлители, являются уп­ругие и неупругие рассеяния (микросечения поглощения в диапазоне энер­гий замедляющихся нейтронов малы по сравнению с микросе­чениями рассеяния); при рассеянии ядро испускает нейтрон, имеющий, как правило, меньшую кинетическую энергию, чем исходный нейтрон до рассея­ния; эта закономерность позволяет рассматривать серию реакций рассея­ния в процессе замедления нейтронов как серию актов  механического соударения (в которых участвует один среднестатистический нейтрон), в результате которых он теряет свою кинетическую энергию в процессе замедления до уровня энергии тепловых нейтронов; каждый замедляющийся нейт­рон при каждом рассеивающем соударении представляется как уменьшающий скорость и меняющий направление своего движения;
- во время серии последовательных рассеяний замедляющийся нейтрон в объёме среды описывает пространственную ломаную линию, состоящую из приблизительно одинаковых отрезков, каждый из которых является, как мы условились ранее (см.п.2.4.2),  средней длиной свободного пробега рассеянияs = 1/Σs);
- нейтроны в процессе замедления движутся с большими (по обычным меркам) скоростями (порядка от км/с до сотен тысяч км/с); поэтому в процес­се замедления неизбежна утечка части замедляющихся нейтронов за преде­лы активной зоны реактора, приводящая к потере части нейтронов из цик­ла размножения;
- в конце процесса замедления, в интервале энергий от 600 до 6 эВ, неизбежна также потеря ещё части замедляющихся нейтронов за счёт резонансного захвата их ядрами урана-238.
Уцелевшие в процессе замедления в активной зоне реактора нейтроны становятся тепловыми и вступают в качественно новый процесс - диффузии.
в) Диффузия тепловых нейтронов - процесс пространственного пере­носа тепловых нейтронов в среде при постоянном среднем значе­нии их кинетической энергии.
*) Ещё раз обратим внимание: когда произносится термин "диффузия", речь всегда и обязательно идет о тепловых нейтронах.

Существенными чертами процесса диффузии являются:
- источником движения тепловых нейтронов в процессе диффузии яв­ляется кинетическая энергия ядер атомов среды, в которой они движутся, поскольку последние сами находятся в состоянии теплового движения; получая энергию от одного ядра среды, тепловой нейтрон способен до сле­дующего рассеяния увеличить свою скорость, а, испытывая встречное рас­сеяние, - уменьшить скорость ниже некоторого среднего уровня; среднее же значение энергии теплового нейтрона остаётся величиной постоянной;
- наиболее характерный тип нейтронно-ядерной реакции нейтронов в процессе их диффузии определяется тем материалом активной зоны реакто­ра, в объёме которого происходит диффузия; в замедлителях наиболее ха­рактерным является рассеяние, в поглотителях - радиационный захват те­пловых нейтронов;
- при диффузии, как и при замедлении, пространственный путь теп­лового нейтрона представляет собой качественно такую же ломаную линию;
- хотя скорости тепловых нейтронов существенно меньше скоростей эпитепловых нейтронов, они все же достаточно высоки (> 2.2 км/с), что обуславливает безвозвратную утечку некоторой части тепловых нейтронов за пределы активной зоны реактора;

До рассмотрения характеристик процессов нейтронного цикла отметим ещё одно обстоятельство. Из сказанного ясно, что в делениях ядер топ­лива рождаются быстрые нейтроны, а тепловые нейтроны появляются в ре­зультате замедления в активной зоне быстрых нейтронов. Принято считать, что замедляющийся нейтрон становится тепловым в тот момент,  когда  в конце процесса  замедления  он пересекает некоторую граничную энергию, называемую энергией сшивкис). При этой энергии спектр замедляющих­ся нейтронов (спектр Ферми) плавно (без разрывов или изломов) перехо­дит в спектр тепловых нейтронов (спектр Максвелла).

Маленькое изображениеРис.3.1. Упрощенные (плоские) иллюстрации процессов замедления и диффузии нейтронов  в однородной среде.

Величина энергии сшивки в тепловых реакторах лежит в зависимости от температуры нейтронов в пределах (6 ÷ 10) kTн и в реакторах с конк­ретным составом активной зоны находится в прямой зависимости от сред­ней температуры активной зоны: чем выше температура активной зоны, тем выше температура нейтронов Тн, определяющая (как отмечалось в п.2.3.2) положение максимума максвелловского распределения на оси энергий нейт­ронов (Енв = kТн); а чем выше Тн, тем больше весь спектр и,  в частности, - его правое крыло, на "хвосте" которого находится энергия сшивки Ес, смещаются в область более высоких энергий. В таких случаях говорят, что спектр тепловых нейтронов ужестчается, и тем больше, чем выше средняя температура активной зоны реактора.
Значит, с ростом температуры реактора величина энергии сшивки в нём растёт.



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


 
 
© All-Физика, 2009-2016
При использовании материалов сайта ссылка на www.all-fizika.com обязательна.