Главная >> Лекции по ядерной физике >> Возраст нейтронов в среде

5.3.5. Зависимости τ_т от температуры и давления

В формуле воз­раста тепловых нейтронов (5.3.10а) есть три величины (Е_с, Σ_s и Σ_tr), зависящие от температуры вещества, и две - от давления (Σ_s и Σ_tr).
 
а) С ростом температуры все вещества в различной степени снижают свою плотность (γ), и ядерную концентрацию  N = γN_А/A; следовательно, с ростом температуры снижаются величины двух макросечений (Σ_s = σ_sN и Σ_tr = σ_trN); уменьшение величин этих сечений (они стоят в знаменателе (5.3.10а)) влечёт увеличение значения возраста тепловых нейтронов. Та­ким образом, температурное уменьшение плотности вещества ведет к уве­личению возраста тепловых нейтронов в нём.

*) Разумеется, сказанное существенно лишь для жидких и газообраз­ных веществ: в твёрдых реакторных материалах (топливная компо­зиция, конструкционные материалы, твёрдые замедлители), для ко­торых характерны крайне низкие (порядка 10^-6) величины темпе­ратурных коэффициентов объёмного расширения, температурно-плот­ностное изменение возраста тепловых нейтронов практически не­заметно. Но для теплоносителя (воды) плотностная составляющая температурного изменения возраста не только существенна, но и является определяющей.

Но от температуры зависят не только величины макросечений, но и величина энергии сшивки Е_с: чем выше температура среды, тем выше в ней температура нейтронов Т_н, тем жёстче спектр тепловых нейтронов, то есть тем больше его максимум, правое крыло и "хвост" сдвигаются в область более высоких кинетических энергий, а это означает, что величина энер­гии сшивки (как раз располагающаяся на "хвосте" максвелловского спект­ра) с ростом температуры увеличивается. А раз так, то с ростом темпе­ратуры должна уменьшаться величина возраста тепловых нейтронов - в со­ответствии с формулой (5.3.10а).
 
Приведенные рассуждения укладываются в простую и достаточно наг­лядную схему качественного влияния температуры на величину возраста t_т:

Схема опосредствованного влияния температуры среды на величину возраста тепловых нейтронов в ней.

Итак, величина возраста тепловых нейтронов в общем случае нахо­дится во власти двух конкурирующих факторов. Вопрос:  какой из них является превалирующим?


- В твёрдых материалах (топливная композиция, графит, циркониевый сплав, нержавеющая сталь) величина возраста тепловых нейтронов с уве­личением температуры слабо увеличивается (уменьшение плотности твердых материалов крайне незначительно; влияние температуры на величину воз­раста тепловых нейтронов прослеживается только по верхней цепочке, че­рез увеличение Е_с);
 
- в жидкостях, парах, газах определяющим является эффект темпера­турного изменения плотности, поэтому с ростом температуры возраст теп­ловых нейтронов в них однозначно возрастает. Это касается воды, водя­ного пара, азота и гелия - фигурантов активных зон отечественных теп­ловых реакторов АЭС.
 
В частности, в воде активной зоны ВВЭР при разогреве реактора от 20 до 300^оС величина возраста тепловых нейтронов возрастает прибли­зительно от 30 до 80 см².
 
- возраст тепловых нейтронов в среде активной зоны ВВЭР, где вода занимает более половины общего объёма активной зоны, с ростом средней температуры активной зоны также однозначно растёт, что должно быть отнесено на счёт превалирующего влияния воды на величину возраста перед прочими материалами активной зоны.

б) Что же касается влияния давления на величину возраста тепловых нейтронов, то это влияние несущественно для твёрдых материалов, слабо­существенно для таких почти несжимаемых жидкостей, как вода, и наиболее существенно - для газов и паров.
 
Если быть принципиальным, то надо отметить, что с ростом давления (p) плотность воды (γ) слабо возрастает, а потому возрастают и величи­ны её молекулярной концентрации (N) и сечений Σ_s и Σ_tr, а следователь­но, величина возраста тепловых нейтронов с ростом давления падает.
 
Впрочем, барометрическое изменение плотности воды незначительно, а, значит, незначительно и барометрическое изменение возраста тепловых нейтронов.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: