Курс фізики ядерного реактора: від будови речовини та характеристик атомних ядер — до енергії зв'язку й закономірностей радіоактивного розпаду, далі до нейтронних реакцій (поділу, сповільнення, поглинання) і до того, що відбувається в реакторі під час роботи.
Друга половина курсу практична: умови критичності, нейтронний цикл у тепловому реакторі, отруєння ксеноном і самарієм, ефективність стрижнів-поглиначів та їх градуювання, борне регулювання.
Лекції пронумеровано, і вони спираються одна на одну. Матеріал розраховано на студентів та інженерів, але перші лекції — про будову атома і ядра — доступні й без спеціальної підготовки.
Зміст
- Будова речовини. Фізичні основи отримання ядерної енергії
- Будова й характеристики атомів
- Будова ядер і властивості ядерних сил
- Енергія зв'язку та стійкість ядер
- Закономірність і характеристики радіоактивного розпаду
- Основні типи нейтронних реакцій у ядерному реакторі
- Особливості реакції поділу та їхнє практичне значення
- Основні характеристики нейтронних полів
- Основні характеристики нейтронних полів (продовження)
- Швидкості нейтронних реакцій та їхні характеристики
- Співвідношення мікроперерізів одного нукліда
- Умови здійснення критичності реактора
- Нейтронний цикл у тепловому ядерному реакторі
- Нейтронний цикл і характеристики його фізичних процесів
- Ядерне паливо
- Сповільнювач
- Теплоносій
- Параметри структури активних зон гетерогенних ЕЯР
- Загальні початкові міркування
- Макропереріз розсіяння речовини
- Характеристики сповільнювальних властивостей речовин
- Середньологарифмічний декремент енергії
- Сповільнювальна здатність речовини
- Коефіцієнт сповільнення речовини
- Число розсіянь, потрібне для сповільнення нейтронів до теплового рівня
- Порівняння характеристик найкращих природних сповільнювачів
- Вік нейтронів у середовищі
- Анізотропія розсіяння та її міра
- Транспортна довжина і транспортний макропереріз середовища
- Довжина сповільнення та вік нейтронів у середовищі
- Залежності τт від температури й тиску
- Рівняння віку Фермі та його розв'язок
- Густина сповільнення нейтронів
- Рівняння віку Фермі
- Розв'язання рівняння віку
- Імовірність уникнення витоку нейтронів, що сповільнюються
- Спектр сповільнюваних нейтронів (спектр Фермі) у гомогенному непоглинальному середовищі
- Час сповільнення нейтронів у середовищі активної зони
- Стислі висновки до розділу 5
- Вступ до розділу 6
- Закон дифузії теплових нейтронів і довжина дифузії
- Нейтронний газ і його температура
- 6.1.2. Закон дифузії теплових нейтронів
- 6.1.3. Час дифузії теплових нейтронів
- 6.1.4. Довжина дифузії
- 6.1.5. Залежності довжини дифузії речовин від температури і тиску
- 6.2. Швидкість витоку теплових нейтронів з одиничного об'єму
- 6.3. Хвильове рівняння, рівняння критичності реактора і величина імовірності уникнення витоку теплових нейтронів
- 6.3.1. Хвильове рівняння (рівняння Гельмгольца)
- 6.3.2. Рівняння критичності реактора
- 6.3.3. Імовірність уникнення витоку теплових нейтронів
- 6.4. Геометричний параметр циліндричного реактора без відбивача і поле теплових нейтронів у ньому
- 6.4.1. Граничні умови для розв'язання хвильового рівняння
- 6.4.2. Результат розв'язання хвильового рівняння для циліндричної гомогенної активної зони
- 6.4.3. Вираз для геометричного параметра циліндричної активної зони
- 6.4.4. Оптимальне співвідношення розмірів циліндричної активної зони
- Стислі висновки до розділу 6
- 7.1. Константа η
- 7.1.1. Загальний вираз для η
- 7.1.2. Величини константи η в однокомпонентних паливах
- 7.1.3. Величина константи η у дво- і багатокомпонентних паливах
- 7.1.4. Залежність величини η від температури
- 7.2. Коефіцієнт використання теплових нейтронів
- 7.2.1. Величина θ у гомогенному середовищі з ²³⁵U і сповільнювача
- 7.2.2. Величина θ в гетерогенній двозонній циліндричній комірці, що складається з циліндричного паливного блока
- 7.2.3. Величина θ в циліндричній двозонній комірці з паливним блоком складного складу
- 7.2.4. Знаходження коефіцієнта використання теплових нейтронів у багатозонних комірках реальних енергетичних теплових реакторів
- 7.2.5. Знаходження θ у складніших багатозонних комірках
- 7.2.6. Залежності величини θ від чинників, що її визначають
- Стислі висновки до розділу 7
- 8.1. Коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах
- 8.1.1. Визначення ε та короткий вступ
- 8.1.2. Величина ε у циліндричному блоці з природного металевого урану
- 8.1.3. Величина ε у "рідкій" уран-водній ґратці твелів
- 8.1.4. Величина ε в "тісних" уран-водних ґратках твелів
- 8.2. Імовірність уникнення резонансного захоплення
- 8.2.1. Визначення й загальні поняття
- 8.1.5. Чинники, що визначають величину ε в теплових реакторах
- 8.2.2. Величина φ в гомогенних розмножувальних середовищах
- 8.2.3. Величина φ в гетерогенних системах
- 8.2.4. Ефект Доплера і вплив температури палива на величину φ
- 8.2.5. Чинники, що визначають величину φ
- Стислі висновки до розділу 8
- 9.1. Відбивач теплового реактора
- 9.1.1.Призначення
- 9.1.2. Фізичний механізм дії відбивача
- 9.2. Ефективна добавка (δе)
- 9.2.1. Визначення
- 9.2.2. Залежність величини δе від товщини відбивача
- 9.3. Геометричний параметр і поле теплових нейтронів у гомогенній циліндричній активній зоні з відбивачем
- 9.2.3. Фізичні основи конструкції відбивачів у реальних ЕЯР
- 9.4. Особливості нейтронного поля в гетерогенному реакторі з відбивачем
- 9.5. Показники нерівномірності нейтронного поля в реакторах і методи зниження нерівномірності
- 9.5.1. Показники нерівномірності
- 9.5.2. Заходи щодо зменшення нерівномірності поля теплових нейтронів
- Стислі висновки до розділу 9
- 10.1. Температурний ефект і температурний коефіцієнт реактивності реактора
- 10.1.1. Температурний ефект реактивності реактора.
- 10.1.2. Три характерні для ВВР типу криві температурного ефекту.
- 10.1.3. Температурний коефіцієнт реактивності реактора.
- 10.2. Умова стійкості енергетичного реактора.
- 10.3. Чим визначається форма кривої ТЕР реактора?
- 10.4. Умовні складові ТЕР і ТКР
- 10.4.2. Умови переважного прояву ГТЕР і ЯТЕР в енергетичних реакторах
- 10.5. Матеріальні складові ТЕР (ТКР) реактора
- 10.5.1. Матеріальні складові ТЕР реакторів типу ВВЕР
- Вступ
- 11.1 Елементарна кінетика теплового реактора
- 11.2. Середній час життя покоління нейтронів у тепловому реакторі
- 11.3. Період реактора, період подвоєння потужності та їх взаємозв'язок
- 12.1. Система диференціальних рівнянь кінетики реактора з урахуванням шести груп запізнілих нейтронів.
- 12.1.1. Диференціальне рівняння швидкості зміни густини нейтронів.
- 12.1.2. Диференціальні рівняння швидкостей зміни ефективних концентрацій попередників запізнілих нейтронів шести груп.
- 12.1.3. Розв'язання системи диференціальних рівнянь кінетики
- 12.1.4. Рівняння зворотних годин.
- 12.2. Перехідні процеси при повідомленні реактору від'ємної реактивності
- 12.2.1. Характер перехідних процесів n(t) при ρ < 0.
- 12.2.2. Величина початкового стрибка при від'ємних реактивностях.
- 12.2.3. Граничний темп зниження потужності реактора після завершення початкового стрибка.
- 12.3. Перехідні процеси при наданні реактору додатних реактивностей
- 12.3.1. Загальний характер перехідних процесів при ρ > 0.
- 12.3.2. Миттєва критичність реактора - джерело ядерної небезпеки.
- 12.4. Особливості перехідних процесів при повідомленні реактору малих і великих реактивностей
- 12.4.2. Великі реактивності.
- 12.5. Як керують реактором на малих рівнях потужності?
- 12.5.1. Якщо потрібно збільшити рівень потужності реактора
- 12.5.2. Якщо потрібно зменшити рівень потужності реактора
- 12.5.3. Автоматична стабілізація потужності реактора.
- Вступ
- 13.1. Джерела нейтронів у підкритичному реакторі. Лекції з ядерної фізики
- 13.2. Усталена густина нейтронів у підкритичному реакторі
- 13.3. Перехідні процеси при змінах ступеня підкритичності реактора
- 13.4. Час практичного встановлення підкритичної густини нейтронів у реакторі після стрибкоподібної зміни ступеня підкрити
- 13.5. Процедура ступінчастого пуску та ядерна безпека реактора
- Поняття загального й оперативного запасу реактивності реактора
- 15.1. Диференціальне рівняння вигоряння урану-235
- 15.2. Енерговироблення реактора (W)
- 15.3. Втрати запасу реактивності з вигорянням палива
- 15.4. Основні характеристики вигоряння
- 16.1. Кількісні міри шлакування
- 16.2. Кінетика зростання втрат реактивності внаслідок шлакування.
- 17.1. Схема утворення й убування вторинного палива
- 17.2. Система диференціальних рівнянь відтворення плутонію-239
- 17.3. Зростання запасу реактивності з відтворенням плутонію-239
- 17.4. Коефіцієнт відтворення ядерного палива
- 18.1. Характеристики найпоширеніших вигоральних поглиначів
- 18.2. Чинники, що визначають швидкість вигоряння ВП.
- 18.3. Характер зміни реактивності за різних способів розміщення ВП
- 18.4. Крива енерговироблення активної зони реактора
- Вступ
- 19.1. Схема утворення і спаду ¹³⁵Xe та диференціальні рівняння отруєння реактора ксеноном
- 19.2.2. Величина стаціонарного отруєння ксеноном.
- 19.2. Стаціонарне отруєння реактора ксеноном.
- 19.2.1. Суть стаціонарного отруєння реактора ксеноном.
- 19.2.3. Залежність стаціонарного отруєння ксеноном від потужності реактора.
- 19.2.4. Характер зростання втрат запасу реактивності через отруєння ¹³⁵Xe первісно неотруєного реактора в перший період
- 19.2.5. Час настання стаціонарного отруєння реактора
- 19.3. Переотруєння після зупинки реактора («йодна яма»)
- 19.3.1. Про співвідношення швидкостей β-розпаду ¹³⁵I і ¹³⁵Xe в реакторі
- 19.3.2. Механізм утворення «йодної ями» після зупинки
- 19.3.3. Чинники, що визначають характеристики йодних ям
- 19.3.4. Чим небезпечна йодна яма?
- 19.3.5. Чим може бути неприємна йодна яма після зупинки?
- 19.4. Переотруєння реактора ксеноном після зміни рівня потужності
- 19.4.1. Характер переотруєння з переходом на нижчий рівень потужності
- 19.4.2. Переотруєння реактора після підвищення рівня потужності.
- 19.5. Розрахунок змін втрат реактивності за рахунок переотруєнь реактора.
- 20.1 Схема утворення-убутку ¹⁴⁹Sm і рівняння отруєння реактора самарієм.
- 20.2. Втрати реактивності при стаціонарному отруєнні реактора самарієм
- 20.3. Закономірність зростання втрат реактивності на отруєння самарієм до виходу реактора на стаціонарний рівень отруєння
- 20.4. Нестаціонарне переотруєння реактора самарієм після зупинення («прометієвий провал»)
- 20.5. Переотруєння самарієм після пуску реактора, що довго простояв
- 20.6. Нестаціонарне переотруєння реактора самарієм після переведення реактора на вищий або нижчий рівень потужності
- 21.1. Дія стрижня-поглинача, що вводиться в активну зону
- 21.2. Характеристика положення стрижня-поглинача в активній зоні
- 21.3. Поняття про інтегральну та диференціальну ефективність
- 21.4. Ефективний радіус стрижня-поглинача
- 21.5. Фізична вага центрального стрижня-поглинача повної довжини
- 21.6. Фізична вага нецентрального рухомого поглинача
- 21.7. Характеристики поглиначів – криві інтегральної та диференціальної ефективності
- 21.8. Зміна реактивності реактора при переміщенні стрижня
- 21.9. Особливості характеристик вкорочених поглиначів
- 21.10. Інтерференція рухомих стрижнів-поглиначів
- 21.11. Найпростіші методи градуювання рухомих поглиначів
- 21.11.1. Метод розгону
- 21.11.2. Метод компенсації
- 21.11.3. Градуювання методом «скидання»
- 22.1. Суть борного регулювання
- 22.2. Характер зміни концентрації борної кислоти в первинному контурі при водообміні
- 22.3. Ефективність борної кислоти
- 22.4. Чинники, що визначають величину диференціальної ефективності борної кислоти