У гетерогенних реакторах паливо розташовується в твелах окремо від сповільнювача, що їх оточує. У твелі сповільнення йде з дуже слабкою інтенсивністю (сповільнювальна здатність паливної композиції мала), у сповільнювачі, навпаки, внаслідок його високої сповільнювальної здатності сповільнення нейтронів у резонансному інтервалі енергій проходить з високою густиною, але...
Нейтрони резонансних енергій народжуються в процесі сповільнення у сповільнювачі, а в паливному блоці генерація резонансних нейтронів, якщо й іде, то дуже слабко, і тому резонансні нейтрони (як і теплові) надходять у паливний блок ззовні, зі сповільнювача. Якщо в резонансному інтервалі енергій нейтрони перебувають у сповільнювачі, вони зі стовідсотковою гарантією уникають резонансного захоплення, оскільки не стикаються з ядрами резонансного захоплювача в процесі сповільнення. Але народжуватися в сповільнювачі, у безпосередній близькості від паливного блока, а потім надходити в блок резонансні нейтрони цілком можуть, це єдина уявна можливість процесу.
У паливному блоці нейтрони резонансних енергій, що надходять зі сповільнювача, і зазнають захоплення ядрами урану-238, і загальна кількість резонансних поглинань нейтронів цими ядрами в паливному блоці, очевидно, має визначатися розподілом густини потоку резонансних нейтронів по радіусу паливного блока.
Дослідники резонансного захоплення в гетерогенних ґратках Гуревич і Померанчук, міркуючи приблизно в такому ключі, відразу ж припустили, що резонансне поглинання ядрами 238U на його сильних і слабких рівнях має мати якісно різний характер. Справді, якщо ядро 238U взаємодіє з резонансним нейтроном з енергією сильного резонансного рівня, імовірність захоплення такого нейтрона дуже висока (оскільки середній мікропереріз захоплення на сильному рівні - великий); якщо ж ядро 238U взаємодіє з нейтроном, що має енергію слабкого резонансного рівня, то імовірність захоплення такого нейтрона - істотно нижча. Звідси випливає, що резонансні нейтрони з енергіями сильних резонансних рівнів навряд чи здатні глибоко проникати всередину паливного блока, бо з надходженням у паливний блок вони відразу ж поглинаються в периферійних його шарах; у резонансних нейтронів з енергіями слабких резонансів шанси на проникнення в глибші шари паливного блока - значно вищі. Тому (рис.8.8) радіальний розподіл густини резонансних нейтронів з енергіями сильних рівнів від периферії до осі паливного блока має характер різкого падіння до нуля вже в найближчих до поверхні шарах.
Подібну різку нерівномірність у радіальному розподілі густини потоку теплових нейтронів - пам'ятаєте? - ми назвали внутрішнім блок-ефектом. Ось чому нейтронам з енергіями сильних рівнів властивий сильний внутрішній блок-ефект, а резонансне захоплення на сильних резонансних рівнях 238U часто називають блокованим захопленням або блокованим поглинанням.
Нейтрони резонансних енергій народжуються в процесі сповільнення у сповільнювачі, а в паливному блоці генерація резонансних нейтронів, якщо й іде, то дуже слабко, і тому резонансні нейтрони (як і теплові) надходять у паливний блок ззовні, зі сповільнювача. Якщо в резонансному інтервалі енергій нейтрони перебувають у сповільнювачі, вони зі стовідсотковою гарантією уникають резонансного захоплення, оскільки не стикаються з ядрами резонансного захоплювача в процесі сповільнення. Але народжуватися в сповільнювачі, у безпосередній близькості від паливного блока, а потім надходити в блок резонансні нейтрони цілком можуть, це єдина уявна можливість процесу.
У паливному блоці нейтрони резонансних енергій, що надходять зі сповільнювача, і зазнають захоплення ядрами урану-238, і загальна кількість резонансних поглинань нейтронів цими ядрами в паливному блоці, очевидно, має визначатися розподілом густини потоку резонансних нейтронів по радіусу паливного блока.
Дослідники резонансного захоплення в гетерогенних ґратках Гуревич і Померанчук, міркуючи приблизно в такому ключі, відразу ж припустили, що резонансне поглинання ядрами 238U на його сильних і слабких рівнях має мати якісно різний характер. Справді, якщо ядро 238U взаємодіє з резонансним нейтроном з енергією сильного резонансного рівня, імовірність захоплення такого нейтрона дуже висока (оскільки середній мікропереріз захоплення на сильному рівні - великий); якщо ж ядро 238U взаємодіє з нейтроном, що має енергію слабкого резонансного рівня, то імовірність захоплення такого нейтрона - істотно нижча. Звідси випливає, що резонансні нейтрони з енергіями сильних резонансних рівнів навряд чи здатні глибоко проникати всередину паливного блока, бо з надходженням у паливний блок вони відразу ж поглинаються в периферійних його шарах; у резонансних нейтронів з енергіями слабких резонансів шанси на проникнення в глибші шари паливного блока - значно вищі. Тому (рис.8.8) радіальний розподіл густини резонансних нейтронів з енергіями сильних рівнів від периферії до осі паливного блока має характер різкого падіння до нуля вже в найближчих до поверхні шарах.
Подібну різку нерівномірність у радіальному розподілі густини потоку теплових нейтронів - пам'ятаєте? - ми назвали внутрішнім блок-ефектом. Ось чому нейтронам з енергіями сильних рівнів властивий сильний внутрішній блок-ефект, а резонансне захоплення на сильних резонансних рівнях 238U часто називають блокованим захопленням або блокованим поглинанням.
Зображення
Резонансним нейтронам з енергіями слабких резонансів теж властивий внутрішній блок-ефект, але він значно слабший, ніж при блокованому резонансному захопленні, і тому називається неблокованим резонансним захопленням. Нейтрони з енергіями слабких резонансів поглинаються ядрами 238U практично в усьому об'ємі паливного блока, тоді як нейтрони з енергіями сильних резонансів поглинаються лише в тонких приповерхневих шарах палива твелів.
З урахуванням якісних особливостей резонансного захоплення нейтронів ядрами 238U на сильних і слабких резонансних рівнях величина ефективного резонансного інтеграла для гетерогенної комірки (або ґратки гетерогенних комірок) поділяється на дві складові:
Iеф = (Iеф)сл. + (Iеф)сильн. (8.2.4)
Крім того, було враховано, що резонансне захоплення, на відміну від гомогенних систем, іде лише в об'ємі палива (Vт), а в об'ємі сповільнювача (Vз) нейтрони, що сповільнюються, зі 100%-ною достовірністю уникають резонансного захоплення. У підсумку перетворень із формули Фермі одержано вираз, придатний для розрахунку j у гетерогенних двозонних комірках і ґратках із них. Одна з окремих модифікацій цього виразу, справедлива для уран-водних систем, має такий вигляд:
З урахуванням якісних особливостей резонансного захоплення нейтронів ядрами 238U на сильних і слабких резонансних рівнях величина ефективного резонансного інтеграла для гетерогенної комірки (або ґратки гетерогенних комірок) поділяється на дві складові:
Iеф = (Iеф)сл. + (Iеф)сильн. (8.2.4)
Крім того, було враховано, що резонансне захоплення, на відміну від гомогенних систем, іде лише в об'ємі палива (Vт), а в об'ємі сповільнювача (Vз) нейтрони, що сповільнюються, зі 100%-ною достовірністю уникають резонансного захоплення. У підсумку перетворень із формули Фермі одержано вираз, придатний для розрахунку j у гетерогенних двозонних комірках і ґратках із них. Одна з окремих модифікацій цього виразу, справедлива для уран-водних систем, має такий вигляд:
Зображення
Ця формула придатна для "чистих" уран-водних комірок із циліндричними блоками діаметром dбл, а також у тих випадках, коли комірка містить, крім води, ще кілька додаткових сповільнювачів. За наявності кількох сповільнювачів величина в знаменнику (ξΣsз)резVз становитиме сумарну сповільнювальну здатність усіх сповільнювачів у комірці:
Зображення
У формулі (8.2.5) перший доданок у круглих дужках - значення складової ефективного резонансного інтеграла, що відповідає слабким резонансним рівням (вона вироджується в константу, що дорівнює 3.75), а другий - складова ЕРІ за сильними резонансними рівнями.
Формула (8.2.5) особливо зручна тим, що її в практично незмінному вигляді можна використовувати для обчислення j у ТВЗ енергетичних теплових реакторів:
Формула (8.2.5) особливо зручна тим, що її в практично незмінному вигляді можна використовувати для обчислення j у ТВЗ енергетичних теплових реакторів:
Зображення
Порівняно з (8.2.5) у ній співвідношення об'ємів (Vт/Vз) замінено рівним йому співвідношенням поперечних перерізів (Sт/Sз) паливної композиції та сповільнювача, а замість діаметра паливного блока dбл підставлено величину діаметра паливної композиції в твелах:
dтк = dт - 2δт,
меншу за величину діаметра циліндричного твела на подвоєну товщину оболонки твела δт.
dтк = dт - 2δт,
меншу за величину діаметра циліндричного твела на подвоєну товщину оболонки твела δт.