Главная >> Лекции по ядерной физике

5.1. Общие начальные рассуждения

При рассмотрении нейтронного цикла теплового реактора в п.3 была получена зависимость эффективного коэффициента размножения от характе­ристик отдельных сторон нейтронного цикла:
k_э = η ε φ θ p_зp_т.
Из шести сомножителей правой части этого выражения величиной, не­посредственно связанной с процессом замедления нейтронов в реакторе, является величина p_з - вероятности избежания утечки замедляющихся нейтронов.

Вероятность избежания утечки замедляющихся нейтронов - это доля нейтронов, избежавших утечки из активной зоны при замедлении, от всех нейтронов поколения, начавших замедление в активной зоне реактора.

Первый вопрос, естественно возникающий в начале изучения новой для нас величины:  какие факторы определяют эту величину?
Обращаясь к житейскому опыту, можно предположить что величина p_з явно должна зависеть от:
   - геометрии активной зоны (то есть от её формы и размеров);
   - каких-то физических свойств композиции материалов активной зоны реактора.
 
Первое предположение не только интуитивно, оно имеет и некоторое логическое обоснование, которое выглядит приблизительно так.
 
Быстрые нейтроны деления рождаются во всём объёме активной зоны, а утечку за пределы активной зоны могут претерпевать лишь нейтроны, за­медляющиеся в пределах ограниченного слоя вблизи границ активной зоны; следовательно, чем больше размеры активной зоны, тем меньшую часть общего объёма активной зоны будет составлять та часть, из которой происходит утечка замедляющихся нейтронов, и тем выше должна быть величина вероятности избежания утечки замедляющихся нейтронов.
Понятно, что с возрастанием размеров активной зоны до очень боль­ших величин доля утекающих из неё замедляющихся нейтронов устремляется к малым величинам (в пределе - к нулю при бесконечном возрастании раз­меров), а, значит, величина вероятности избежания утечки замедляющихся нейтронов из активной зоны бесконечных размеров равна единице.
 
Подобное рассуждение вполне уместно для активной зоны любой гео­метрической формы: как для самой простой сферической, так и для наибо­лее распространённой в энергетических реакторах активной зоны цилинд­рической формы, - результат будет принципиально тот же, за исключением разве что одного: распределение вероятности избежания утечки замедляю­щихся нейтронов по поверхности цилиндрической активной зоны (в отличие от сферической) существенно неравномерно; например, в углах продольно­го сечения цилиндрической активной зоны нейтронам представлены большие возможности для утечки из активной зоны, чем посреди боковой цилиндри­ческой поверхности, а на цилиндрической части поверхности - большие возможности, чем в центральной части плоских её торцов.
А раз распределение вероятности по поверхности активных зон зависит от их формы, то это значит, что и сама величина вероятности p_з за­висит от формы активной зоны.
 
Приведенные простые рассуждения ценны ещё и тем, что вплотную под­водят к мысли о том, что p_з определяется не только геометрией активной зоны, но и какими-то физическими свойствами среды активной зоны.
 
Для нормального человека это очевидно, хотя и порождает неизбежный уточняющий вопрос: какие именно физические свойства материальной среды активной зоны имеются в виду?
Ведь у каждого конкретного вещества физических свойств много: те­плоёмкость, плотность, теплопроводность, вязкость, магнитная проницае­мость, поглощающая способность, рассеивающая способность,... - все это разные физические свойства вещества, характеризующие каждое конкретное вещество с различных физических точек зрения, и каждое из этих свойств имеет свою количественную меру.
 
Очевидно, речь должна идти о каких-то замедляющих свойствах среды активной зоны, характеризующих её способность в той или иной степени быс­тро замедлять нейтроны. Так как чем быстрее замедляющийся нейтрон превращается в тепловой, тем меньшее смещение в пространстве среды он испытывает, и тем меньше у него возможностей оказаться за пределами активной зоны во время замедления. Иными словами, как показывают приведенные рассужде­ния, из всех замедляющих свойств среды важнейшую роль должна играть её способность давать определенное среднее смещение нейтрона  в ней в те­чение процесса замедления.

Средняя длина замедления среды (lз) - это осредненная для всех замедляю-щихся нейтронов величина пространственного смещения их за время за-медления (т.е. от точки рождения быстрого нейтрона до точки, где он замедляется до теплового уровня).

Следует подчеркнуть, что l_з - характеристика не нейтронов, а среды, вещества, так как с позиций грамматики термин "средняя длина заме­дления нейтронов в среде" звучит немного обманчиво. (Обычно, когда мы говорим, например: "средняя скорость самолета Ту-154 равна 960 км/час",- нам ясно, что характеристика "скорость" относится к однозначно опре­делённому объекту - самолету Ту-154.). В данном же случае, когда мы слы­шим: "средняя длина замедления нейтронов", - по аналогии чисто грамма­тического свойства может показаться, что речь идёт о характеристике нейт­ронов, тогда как это - характеристика среды, отражающая её способность давать строго определённое среднее пространственное смещение нейтронов в процессе их замедления.
 
Итак,    p_з = f (геометрии а.з.; замедляющих свойств среды а.з.).
 
Но так как любое из физических свойств должно иметь свою количес­твенную меру, то эту логическую зависимость можно переписать так:
 
р_з = f(какого-то геометрического параметра а.з.;  замедляющих свойств среды а.з.)        (5.1.1)

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: