Другою величиною, що визначає ефективні розмножувальні властивості реактора й пов'язана з наявністю в його активній зоні ядер 238U, є імовірність уникнення резонансного захоплення. У п.8.1 йшлося про позитивну роль урану-238 як компонента, що ділиться під дією швидких надпорогових нейтронів, внаслідок чого в цих поділах народжується додаткова кількість нейтронів поділу, які вмикаються в загальний цикл розмноження, збільшуючи значення ефективного коефіцієнта розмноження. З погляду одногрупового дифузійно-вікового наближення цей процес має місце на самому початку сповільнення. Наприкінці ж сповільнення той самий уран-238 виступає у прямо протилежній, негативній ролі - як резонансний захоплювач нейтронів, що сповільнюються, через наявність якого частина нейтронів, що сповільнюються, вибуває з циклу розмноження, зменшуючи величину ефективного коефіцієнта розмноження.
Імовірністю уникнення резонансного захоплення (j) називається частка нейтронів, що уникли резонансного захоплення під час сповільнення, від загального числа нейтронів покоління, які сповільнюються в об'ємі активної зони.
Резонансні властивості урану-238 зумовлені особливостями будови його ядер, які визначають особливості залежності величини мікроперерізу радіаційного захоплення ядер 238U від енергії нейтронів, з якими взаємодіють ці ядра - σc8(E) (див. рис.8.6).
Імовірністю уникнення резонансного захоплення (j) називається частка нейтронів, що уникли резонансного захоплення під час сповільнення, від загального числа нейтронів покоління, які сповільнюються в об'ємі активної зони.
Резонансні властивості урану-238 зумовлені особливостями будови його ядер, які визначають особливості залежності величини мікроперерізу радіаційного захоплення ядер 238U від енергії нейтронів, з якими взаємодіють ці ядра - σc8(E) (див. рис.8.6).
Зображення
В області енергій повільних нейтронів залежність σc8(E) практично підпорядковується закону "1/v", в області вищих енергій (понад 0.6 еВ) ця залежність істотно відхиляється від закону "1/v", а при E1 ≈ 6 еВ величина σc8 за дуже малого збільшення енергії різким піком "злітає" вгору, досягаючи в точці максимуму цього піка значення в кілька тисяч барн, а потім різко падає вниз, повертаючись приблизно до своєї вихідної величини. Аналогічні аномальні зміни величини σc8 , що відхиляються від монотонних, плавних, мають місце ще кілька десятків разів при вищих енергіях нейтронів у діапазоні від 6 до ~ 600 еВ.
Оскільки такі аномальні закономірності у відхиленнях різних величин властиві цілому класу явищ, що називаються резонансними явищами, для того, щоб відрізняти це аномальне радіаційне захоплення нейтронів, що сповільнюються, від радіаційного захоплення теплових нейтронів або нейтронів інших енергій, при яких величина σc(E) змінюється монотонно, його назвали резонансним захопленням, а нукліди, яким властиве таке захоплення нейтронів, що сповільнюються, - резонансними захоплювачами.
Взагалі-то матеріалів, що містять компоненти з резонансними властивостями, досить багато, але в енергетичних реакторах із зрозумілих причин їх намагаються не застосовувати, за винятком рідкісних випадків, коли їх використання несе корисне навантаження (наприклад, у кадмієвих стрижнях регулювання; 48Cd - сильний резонансний поглинач, що має резонансний пік при E ≈ 0.16 еВ). У невеликій кількості резонансні поглиначі в реакторі опиняються вимушено: наприклад, резонансними властивостями мають деякі уламки поділу палива.
У вітчизняних енергетичних реакторах АЕС кадмій у регулювальних стрижнях не застосовують, тому в першому наближенні можна вважати, що уран-238 (ядра якого становлять понад 30% усіх ядер паливної композиції) є єдиним властивим усім реакторам резонансним захоплювачем нейтронів, що сповільнюються.
Кожен із резонансних піків, які частіше називають резонансними рівнями, характеризується:
- значенням енергії його максимуму (Ei),еВ;
- піковим значенням σc8(Ei), барн;
- ефективною шириною рівня Гi, еВ. Ефективна ширина рівня Гi - це різниця значень енергії нейтронів, при якій величина перерізу радіаційного захоплення дорівнює половині пікового значення.
Оскільки такі аномальні закономірності у відхиленнях різних величин властиві цілому класу явищ, що називаються резонансними явищами, для того, щоб відрізняти це аномальне радіаційне захоплення нейтронів, що сповільнюються, від радіаційного захоплення теплових нейтронів або нейтронів інших енергій, при яких величина σc(E) змінюється монотонно, його назвали резонансним захопленням, а нукліди, яким властиве таке захоплення нейтронів, що сповільнюються, - резонансними захоплювачами.
Взагалі-то матеріалів, що містять компоненти з резонансними властивостями, досить багато, але в енергетичних реакторах із зрозумілих причин їх намагаються не застосовувати, за винятком рідкісних випадків, коли їх використання несе корисне навантаження (наприклад, у кадмієвих стрижнях регулювання; 48Cd - сильний резонансний поглинач, що має резонансний пік при E ≈ 0.16 еВ). У невеликій кількості резонансні поглиначі в реакторі опиняються вимушено: наприклад, резонансними властивостями мають деякі уламки поділу палива.
У вітчизняних енергетичних реакторах АЕС кадмій у регулювальних стрижнях не застосовують, тому в першому наближенні можна вважати, що уран-238 (ядра якого становлять понад 30% усіх ядер паливної композиції) є єдиним властивим усім реакторам резонансним захоплювачем нейтронів, що сповільнюються.
Кожен із резонансних піків, які частіше називають резонансними рівнями, характеризується:
- значенням енергії його максимуму (Ei),еВ;
- піковим значенням σc8(Ei), барн;
- ефективною шириною рівня Гi, еВ. Ефективна ширина рівня Гi - це різниця значень енергії нейтронів, при якій величина перерізу радіаційного захоплення дорівнює половині пікового значення.
Зображення
Усі резонансні рівні 238U можна за їхньою якісною формою поділити на дві групи:
- сильні резонансні рівні - у найпростішому розумінні - це високі й вузькі резонансні рівні, тобто ті, що характеризуються великим піковим значенням σc8(Ei), але малим значенням ширини рівня Гi;
- слабкі резонансні рівні - навпаки - низькі й широкі, тобто ті, що характеризуються малим піковим значенням рівня, але великою їхньою шириною.
Уран-238 як резонансний поглинач характеризується 52 резонансними рівнями, серед яких вісім є сильними, а решта 44 - слабкими. На шкалі енергій вони розташовані без будь-яких простих закономірностей, проте більшість сильних резонансних рівнів лежить в області нижчих енергій резонансного інтервалу.
- сильні резонансні рівні - у найпростішому розумінні - це високі й вузькі резонансні рівні, тобто ті, що характеризуються великим піковим значенням σc8(Ei), але малим значенням ширини рівня Гi;
- слабкі резонансні рівні - навпаки - низькі й широкі, тобто ті, що характеризуються малим піковим значенням рівня, але великою їхньою шириною.
Уран-238 як резонансний поглинач характеризується 52 резонансними рівнями, серед яких вісім є сильними, а решта 44 - слабкими. На шкалі енергій вони розташовані без будь-яких простих закономірностей, проте більшість сильних резонансних рівнів лежить в області нижчих енергій резонансного інтервалу.