Главная >> Лекции по ядерной физике >> Вероятность избежания резонансного захвата

8.2.1. Определение и общие понятия

Второй величиной, определяющей эффективные размножающие свойства реактора, связанной с наличием в активной зоне его ядер ²³⁸U, является вероятность избежания резонансного захвата.  В п.8.1 говорилось о позитивной роли урана-238, как о компоненте, делящемся быстрыми надпороговыми нейтронами,  в результате чего в этих делениях рождается добавочное количество нейтронов деления, которые включаются в общий цикл размножения,  увеличивая значение эффективного коэффициента размножения. С точки зрения одногруппового диффузионно-возрастного приближения этот процесс имеет место в самом начале процесса замедления. В конце же процесса замедления тот же уран-238 выступает в прямопротивоположной, негативной, роли - как резонансный захватчик замедляющихся нейтронов, из-за наличия которого часть замедляющихся нейтронов выбывает из цикла размножения,  уменьшая величину эффективного коэффициента размножения.

Вероятностью избежания резонансного захвата (j) называется доля нейтронов, избежавших резонансного захвата  при замедлении, от общего числа нейтронов поколения, замедляющихся в объёме активной зоны.

Резонансные свойства урана-238 обусловлены особенностями строения его ядер,  которые  определяют особенности зависимости величины микросечения радиационного захвата ядер  ²³⁸U от энергии нейтронов, с которыми взаимодействуют эти ядра - σ_c⁸(E) (см. рис.8.6).

В области энергий медленных нейтронов зависимость σ_c⁸(E)  практически подчиняется закону "1/v",  в области более высоких энергий  (выше 0.6 эВ) эта зависимость существенно отклоняется от закона "1/v", а при E₁ ≈ 6 эВ величина  σ_c⁸ при очень малом увеличении энергии резким пиком "взлетает" вверх, достигая в точке максимума этого пика значения в несколько тысяч барн,  а затем резко падает вниз,  возвращаясь приблизительно к исходной своей величине. Аналогичные аномальные, отклоняющиеся от монотонных, плавных, изменения величины σ_c⁸  имеют место ещё несколько десятков раз при более высоких энергиях нейтронов в  диапазоне от 6 до ~ 600 эВ.

Поскольку такие аномальные закономерности в отклонениях различных величин свойственны целому классу явлений, называемых резонансными явлениями, для того, чтобы отличать этот аномальный радиационный захват замедляющихся нейтронов от радиационного захвата тепловых нейтронов или нейтронов других энергий, при которых величина σ_c(E) меняется монотонно,  его назвали резонансным захватом, а нуклиды, которым свойственен такой  захват замедляющихся нейтронов, - резонансными захватчиками.

Вообще-то, материалов, содержащих компоненты с резонансными свойствами, довольно много, но в энергетических реакторах по понятным причинам их стараются не применять,  за исключением редких случаев, когда их использование несет полезную нагрузку (например, в кадмиевых стержнях регулирования; ⁴⁸Cd - сильный резонансный поглотитель, имеющий резонансный пик при E ≈ 0.16 эВ). В небольшом количестве резонансные поглотители в реакторе оказываются вынужденно: например, резонансными свойствами обладают некоторые осколки деления топлива.

В отечественных энергетических реакторах АЭС кадмий в регулирующих стержнях не применяют, поэтому в первом приближении можно считать, что уран-238  (ядра которого составляют более 30% всех ядер топливной композиции) является единственным свойственным всем реакторам резонансным захватчиком замедляющихся нейтронов.
Каждый из резонансных пиков, чаще называемых резонансными уровнями, характеризуется:
- значением энергии его максимума (E_i),эВ;
- пиковым значением σ_c⁸(E_i), барн;                                 
- эффективной шириной уровня Г_i, эВ.

Эффективная ширина уровня Г_i - это разница значений энергии нейтронов, при которой величина сечения радиационного захвата равна половине пикового значения.

Все резонансные уровни ²³⁸U можно по их качественной форме разделить на две группы:                       
- сильные резонансные уровни - в самом простом понимании - это высокие и узкие  резонансные уровни, то есть характеризуемые большим пиковым значением σ_c⁸(E_i), но малым значением ширины уровня Г_i;                                 
- слабые резонансные уровни - наоборот - низкие и широкие, то есть характеризуемые малым пиковым значением уровня, но большой их шириной.
Уран-238 как резонансный поглотитель характеризуется 52 резонансными уровнями, среди которых восемь являются сильными,  а остальные 44 - слабыми. На шкале энергий они расположены без каких-либо простых закономерностей, однако, большинство сильных резонансных уровней лежат в области более низких энергий резонансного интервала.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: