Після сказаного раніше в п.3.2 ясно, що як матеріал - сповільнювач у тепловому ядерному реакторі слід обрати такий, який:
- має високі сповільнювальні властивості;
- має малий макропереріз поглинання теплових і резонансних нейтронів.
Остання вимога випливає з міркувань економії нейтронів - теплових і резонансних (чим меншу величину мають макроперерізи поглинання сповільнювача в тепловій і резонансній області енергій нейтронів, тим вищі відповідно θ і φ).
Об'єм сповільнювача в активній зоні теплового реактора добирається з міркувань одержання в ньому теплового (максвеллівського) спектра, а це означає, що вибір як сповільнювача слабопоглинального матеріалу є єдиною можливістю для підвищення θ і φ.
Крім того, за умовами роботи в активній зоні сповільнювач (як і всі реакторні матеріали) повинен мати:
- хімічну, термічну й радіаційну стійкість;
- не мати при радіаційному захопленні таких дочірніх продуктів, які були б сильнішими поглиначами нейтронів.
У теплових ЕЯР вітчизняних АЕС перевагу віддано двом сповільнювачам. У реакторах типу ВВЕР сповільнювачем є легка вода (H2O), в реакторах РБМК - графіт (C).
Про характеристики цих двох сповільнювачів можна сказати таке.
Вода поширена й дешева, але має відому хімічну агресивність, особливо за наявності в ній домішок. Більша частина витрат під час використання води в реакторах зумовлена технологією її приготування (подвійна дистиляція) і необхідністю підтримання в реакторі особливого водного режиму, спрямованого на збереження чистоти води й створення в ній умов, що сприяють мінімізації корозійних процесів у конструкційних матеріалах реактора та первинного контуру, з якими вода перебуває в контакті.
Низька температура насичення води за атмосферного тиску (100°С) змушує використовувати її в енергетичних реакторах за відносно високих (16÷18 МПа) тисків. За високих питомих теплових навантажень на поверхнях твелів, властивих енергетичним реакторам, під час тепловіддачі до води можуть виникати кризи тепловіддачі.
І все ж зазначені недоліки води, включно з порівняно високою поглинальною здатністю щодо теплових нейтронів і нейтронів, що сповільнюються, поступаються її перевагам, особливо якщо врахувати, що у ВВР ця сама вода виконує не лише функції сповільнювача, а править і за теплоносій.
Графіт належить до так званих важких сповільнювачів (атомна маса вуглецю A = 12 а. о. м.). За величиною сповільнювальної здатності графіт поступається воді, але коефіцієнт сповільнення в нього істотно вищий, ніж у води. Технологія одержання високоочищеного реакторного графіту досить складна й енергоємна, що зумовлює його високу вартість (>10 дол/кг). Графіт радіаційно стійкий і термічно стабільний за температур до 850°С, що вимагає безперервного охолодження його в робочих умовах реактора: у графіті РБМК-1000 виділяється ~ 7% теплової потужності реактора, що без охолодження призвело б до сильного розігрівання графітової кладки, до температур 900°С і вище, за яких починається інтенсивне окиснення графіту; використання ж охолодження графіту азотно-гелієвою сумішшю дає змогу підтримувати температуру графітової кладки не вище від 650°С.
- має високі сповільнювальні властивості;
- має малий макропереріз поглинання теплових і резонансних нейтронів.
Остання вимога випливає з міркувань економії нейтронів - теплових і резонансних (чим меншу величину мають макроперерізи поглинання сповільнювача в тепловій і резонансній області енергій нейтронів, тим вищі відповідно θ і φ).
Об'єм сповільнювача в активній зоні теплового реактора добирається з міркувань одержання в ньому теплового (максвеллівського) спектра, а це означає, що вибір як сповільнювача слабопоглинального матеріалу є єдиною можливістю для підвищення θ і φ.
Крім того, за умовами роботи в активній зоні сповільнювач (як і всі реакторні матеріали) повинен мати:
- хімічну, термічну й радіаційну стійкість;
- не мати при радіаційному захопленні таких дочірніх продуктів, які були б сильнішими поглиначами нейтронів.
У теплових ЕЯР вітчизняних АЕС перевагу віддано двом сповільнювачам. У реакторах типу ВВЕР сповільнювачем є легка вода (H2O), в реакторах РБМК - графіт (C).
Про характеристики цих двох сповільнювачів можна сказати таке.
Вода поширена й дешева, але має відому хімічну агресивність, особливо за наявності в ній домішок. Більша частина витрат під час використання води в реакторах зумовлена технологією її приготування (подвійна дистиляція) і необхідністю підтримання в реакторі особливого водного режиму, спрямованого на збереження чистоти води й створення в ній умов, що сприяють мінімізації корозійних процесів у конструкційних матеріалах реактора та первинного контуру, з якими вода перебуває в контакті.
Низька температура насичення води за атмосферного тиску (100°С) змушує використовувати її в енергетичних реакторах за відносно високих (16÷18 МПа) тисків. За високих питомих теплових навантажень на поверхнях твелів, властивих енергетичним реакторам, під час тепловіддачі до води можуть виникати кризи тепловіддачі.
І все ж зазначені недоліки води, включно з порівняно високою поглинальною здатністю щодо теплових нейтронів і нейтронів, що сповільнюються, поступаються її перевагам, особливо якщо врахувати, що у ВВР ця сама вода виконує не лише функції сповільнювача, а править і за теплоносій.
Графіт належить до так званих важких сповільнювачів (атомна маса вуглецю A = 12 а. о. м.). За величиною сповільнювальної здатності графіт поступається воді, але коефіцієнт сповільнення в нього істотно вищий, ніж у води. Технологія одержання високоочищеного реакторного графіту досить складна й енергоємна, що зумовлює його високу вартість (>10 дол/кг). Графіт радіаційно стійкий і термічно стабільний за температур до 850°С, що вимагає безперервного охолодження його в робочих умовах реактора: у графіті РБМК-1000 виділяється ~ 7% теплової потужності реактора, що без охолодження призвело б до сильного розігрівання графітової кладки, до температур 900°С і вище, за яких починається інтенсивне окиснення графіту; використання ж охолодження графіту азотно-гелієвою сумішшю дає змогу підтримувати температуру графітової кладки не вище від 650°С.