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

8.2.3. Величина φ в гетерогенных системах

В гетерогенных реакторах топливо располагается в твэлах отдельно от окружающего их замедлителя. В твэле замедление идёт с очень слабой интенсивностью (замедляющая способность топливной композиции мала),  в замедлителе, напротив, вследствие его высокой замедляющей способности замедление нейтронов в резонансном интервале энергий проходит с высокой плотностью, но...

Нейтроны резонансных энергий рождаются в процессе замедления в замедлителе,  а в топливном блоке генерация резонансных нейтронов если и идёт, то очень слабо, и поэтому резонансные нейтроны  (как и тепловые) поступают в топливный блок извне, из замедлителя. Если в резонансном интервале энергий нейтроны находятся в замедлителе, они со стопроцентной гарантией избегают резонансного захвата, поскольку не соприкасаются с ядрами резонансного захватчика в процессе замедления. Но рождаться в замедлителе, в непосредственной близости от топливного блока, и затем поступать в блок резонансные нейтроны вполне могут, это единственная  представимая возможность процесса.

В топливном блоке поступающие из замедлителя нейтроны резонансных энергий и испытывают захват ядрами урана-238, и общее количество резонансных поглощений нейтронов этими ядрами в топливном блоке, очевидно, должно определяться распределением плотности потока резонансных  нейтронов по радиусу топливного блока.
 
Исследователи резонансного захвата в гетерогенных решётках Гуревич и Померанчук, рассуждая приблизительно в таком ключе, сразу же предположили, что резонансное поглощение ядрами ²³⁸U на его сильных и слабых уровнях должно иметь качественно-различный характер. Действительно, если ядро ²³⁸U взаимодействует с резонансным нейтроном c энергией сильного резонансного уровня, вероятность захвата такого нейтрона очень высока  (поскольку среднее микросечение захвата на сильном уровне - большое); если же ядро ²³⁸U взаимодействует с нейтроном, обладающим энергией слабого резонансного уровня, то вероятность захвата такого нейтрона - существенно ниже. Отсюда следует, что резонансные нейтроны с энергиями сильных резонансных уровней вряд ли способны глубоко проникать внутрь топливного блока, т.к. с поступлением в топливный блок они сразу же поглощаются в периферийных его слоях;  у резонансных нейтронов с энергиями слабых резонансов шансы на проникновение в более глубинные слои топливного блока - значительно выше. Поэтому (рис.8.8) радиальное распределение плотности  резонансных нейтронов с энергиями сильных уровней от периферии к оси топливного блока  имеет характер резкого падения до нуля уже в ближайших к поверхности слоях.

Подобную резкую неравномерность в радиальном распределении плотности потока тепловых нейтронов - помните? - мы назвали внутренним блок-эффектом. Вот почему нейтронам с энергиями сильных уровней свойственен сильный внутренний блок-эффект и резонансный захват на сильных резонансных уровнях ²³⁸U часто называют блокированным захватом или блокированным поглощением.

Резонансным нейтронам с энергиями слабых резонансов тоже свойственен внутренний блок-эффект, но он значительно слабее, чем при блокированном резонансном захвате, и поэтому называется неблокированным резонансным захватом. Нейтроны с энергиями слабых резонансов поглощаются ядрами ²³⁸U практически во всём объёме топливного блока, в то время как нейтроны с энергиями сильных резонансов поглощаются только в тонких приповерхностных слоях топлива твэлов.
С учётом качественных особенностей резонансного захвата нейтронов ядрами ²³⁸U на сильных и слабых резонансных уровнях величина эффективного резонансного интеграла для гетерогенной ячейки (или решётки гетерогенных ячеек) делится на две составляющие:

I_эф = (I_эф)^сл. + (I_эф)^сильн.                                              (8.2.4)

Кроме того, было учтено, что резонансный захват, в отличие от гомогенных систем, идёт только в объёме топлива (V_т),  а в объёме замедлителя (V_з) замедляющиеся нейтроны со 100%-ной достоверностью избегают резонансного захвата. В итоге преобразований из формулы Ферми получено выражение, пригодное для расчёта j в гетерогенных двухзонных ячейках и решётках из них. Одна из частных модификаций этого выражения, справедливая для уран-водных систем, выглядит так:

Эта формула годна для "чистых" уран-водных ячеек с цилиндрическими блоками диаметром d_бл, а также в тех случаях, когда ячейки содержит, кроме воды, ещё несколько дополнительных замедлителей. При наличии нескольких замедлителей величина в знаменателе (ξΣ_s^з)_резV_з будет представлять собой суммарную замедляющую способность всех замедлителей в ячейке:

В формуле (8.2.5) первое слагаемое в круглых скобках - значение составляющей эффективного резонансного интеграла, соответствующей слабым резонансным уровням (оно вырождается в константу, равную 3.75), а второе - составляющая ЭРИ по сильным резонансным уровням.
Формула (8.2.5) особенно удобна тем, что её в практически неизменном виде можно использовать для вычисления j в ТВС энергетических тепловых реакторов:

По сравнении с (8.2.5) в ней соотношение объемов (V_т/V_з) заменено равным ему соотношением поперечных сечений (S_т/S_з)  топливной композиции и замедлителя,  а вместо диаметра топливного блока d_бл подставлена величина диаметра топливной композиции в твэлах:

                                           d_тк = d_т - 2δ_т,

меньшая величины диаметра цилиндрического твэла на удвоенную толщину оболочки твэла δ_т.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: