Дәріс апта Жылулық және шапшаң нейтрондардағы тізбекті бөліну реакциялары
жүктеу/скачать 41.49 Kb.
|
1 2
file-8427 (1)|
Реактордың физикалық негіздері Дәріс 7 8 апта Жылулық және шапшаң нейтрондардағы тізбекті бөліну реакциялары Жылулық нейтрондарда қармау қимасы өте үлкен және бір ядродан екіншіге өткенде қатты өзгереді. Бірқатар элементтердің ядроларында (мысалы, кадмий) бұл қималар 235U-ға қарағанда жүздеген есе тіпті одан да артық болады. Сондықтан қондырғылардың актив зонасында жылулық нейтрондар үшін бірқатар қоспаларға тазалықтарына қатысты өте жоғары талап қойылады. Шапшаң нейтрондар үшін қармау қимасы кішкене және бір-бірінен көп айырмашылығы жоқ болғандықтан, жоғары жиілікке қатысты проблемалар туындамайды. Шапшаң нейтрондардың басқа да артықшылығы – қайталау коэффициентінің жоғарылығында. Жылулық реакциялардың шапшаң реакциядан ерекше қасиеті мынада - актив зонада отын өте күшті араластырылған, яғни отынның бір ядросына бөлінуге қатыспайтын ядролардың көп мөлшері келеді. Мысалы, табиғи уранның жылулық реакциясында 235U отын ядросына 238U шикізатының 140 ядросы келеді, ал шапшаң реакцияда 235U ядросына келетін 238U ядросы бес-алтаудан артық болмайды. Отынның араластырылуы жылулық реакция кезінде шапшаңға қарағанда энергия көп мөлшерде бөлінеді. Сондықтан жылулық реакция кезінде актив зонадан жылуды бұру оңай, ол бұл реакцияны шапшаңға қарағанда үлкен қарқындылықпен жүргізуге мүмкіндік береді. Тек бөлінетін изотоптың бір түрінен ғана тұратын біртекті ортада көбею коэффициенті η болуы керек еді. Бірақ, нақты жағдайларда, бөлінетін ядролармен қатар, басқа да бөлінбейтін ядролар жолығады. Осы бөтен ядролардың нейтрондарды қармап алуы нәтижесінде көбею коэффициентіне әсері болады. Осыдан k∞, k коэффициенттерін анықтайтын үшінші шама - бөлінбейтін ядроның біреуімен нейтронның қармауланбау ықтималдылығы. Нақты қондырғыларда «бөтен» қармау баяулатқыш ядроларында, әртүрлі конструкциялық элементтер ядроларында, сондай-ақ бөліну өнімдері мен қармау өнімдерінде өтеді. Баяу нейтрондарда тізбекті реакцияны жүзеге асыру үшін актив зонаға арнайы заттар енгізеді - бөлу нейтрондарын жылулыққа айналдыратын баяулатқыштарды. Іс жүзінде баяу нейтрондардағы тізбекті реакция табиғи немесе уранның жеңіл байытылған 235U изотобында жүреді. Актив зонада 238U изотобының көп болуы баялау процесін қиындатады да, баяулатқыштың сапасына деген талаптарды күшейте түседі. Баяулатқышы бар актив зонадағы нейтрондардың бір буынының өмірін екіге бөлуге болады: жылулық энергияға дейін баулау және жұтылуға дейін жылулық жылдамдықтармен диффузиялану. Нейтрондардың негізгі бөлігі жұтылусыз-ақ баяулауы үшін мынадай шарт орындалуы қажет σупр/σзахв >> n, (10) мұндағы σупр, σзахв- энергиялары бойынша орташаланған серпімді және қармау қималары, n –жылулық энергияға жетуге қажет болатын нейтрондардың баяулатқыш ялроларымен соқтығысу саны. Бұл сан баяулатқыштың массалық саны артқан сайын тез артады. 238U үшін ол бірнеше мың ретке ие. Осы изотоп үшін σупр/σзахв қатынасы шапшаң нейтрондар үшін 50-ден аспайды. Әсіресе нейтрондарды қармауға байланысты 1кэв-тен 1 эв-ке дейінгі резонанстық аралығы «қауіпті». Бұл аймақта нейтрондардың 238U ядроларымен әсерлесуінің толық қимасының қарқынды резонансы өте көп болады (7-сурет). Төмен энергияларда радиациялық ендер нейтрондықтардан басым түседі. Сондықтан резонанстар аймағында σупр/σзахв қатынасы бірден кіші. Бұл қайсы бір резонанс аймағына түскен нейтрон бірден жүз пайыздық ықтималдылықпен жұтылып кетедіндігін көрсетеді. Уран сияқты ауыр ядрода баяулау «өте кішкене қадаммен» өтетіндіктен, резонанстық аймақ арқылы өткенде баулаушы нейтрон міндетті түрде бір резонансқа соқтығысып жұтылады. Осыдан табиғи уранда бөтен қоспасыз тізбекті реакция жүргізу мүмкін еместігі шығады: шапшаң нейтрондарда реакция η-ң аздығынан жүрмейді, ал баяу нейтрондар пайда бола алмайды. 7-сурет. Энергияның резонанстық аймағында 238U изотобы ядроларының нейтрондарды радиациялық қармау қимасы Нейтрондарды резонанстық қармауды болдырмау үшін баяулату үшін өте жеңіл ядроларды қолдану қажет, оларда баяулау «өте үлкен қадамдармен» жүреді, сондықтан нейтрондардың резонанстық аймақтан секіріп өту ықтималдылығы тез артады. Ең жақсы баяулатқыш-элементтерге сутегі, дейтерий, берилий, көміртегі жатады. 8-сурет. Баяулатқышы бар ортадағы тізбекті реакцияның сұлбасы Практикада негізінен баяулатқыш ретінде ауыр су, берилий, берилий тотығы, графит, сондай-ақ кәдімгі су қолданылады. Кәдімгі су нейтрондарды ауыр судан кем баяулатпайды, бірақ оларды көп мөлшерде жұтады. Баяулатқыш өте жақсы тазартылуы қажет. Сондай-ақ, баяу реакция жүру үшін баяулатқыштар ураннан ондаған, тіпті жүздеген есе көп болуы қажет, тек осы жағдайда ғана нейтрондардың 238U ядроларымен резонанстық соқтығысын болдырмауға болады. Ортаның баяулатқыш қасеттері жуықтап алғанда үш шамамен сипатталуы мүмкін: баяулау кезінде нейтрондардың баяулатқышпен жұтылын болдырмау ықтималдылығы, 238U ядроларымен р резонанстық қармауды болдырмау ықтималдылығы және жылулық нейтронның отын ядросымен, бауяулатқышпен емес, f жұтылу ықтималдылығы. f шамасы жылулық қолдану коэффициенті деп аталады. Бұл шамаларды дәл есептеу өте күрделі. Оларды есептеу үшін көбінесе жартылай эмпирикалық жуықтау формулаларды қолданады. 1 – ядролық отын болктары, 2 – баяулатқыш 9-сурет. Гетерогендық жүйенің актив зонасында ядролық отын мен баяулатқыштың орналасу сұлбасы p және f шамалар тек баяулатқыштың салыстырмалы санына ғана байланысты емес, сондай-ақ актив зонадағы оның орналасу геомериясына да байланысты. Уранның біртекті қоспасынан және баяулатқыштан тұратын актив зона гомогенді, ал уран мен баяулатқыштар кезектескен блоктарынан тұратын жүйе гетерогенді делінеді (9-сурет). Гетерогенді жүйенің сапа жағынан ерекшелігі сол, ондағы уранда пайда болған шапшаң нейтрон резонанстық энергияға жетпей баяулатқышқа өтіп кетеді. Бұл резонанстық қармауды болдырмау ықтималдылығын арттырады pгет > pгом. Екіншіден, керісінше, баяулатқышта жылулық болып, нейтрон тізбекті реакцияға қатысуы үшін, таза баяулатқышта жұтылмай, оның шекарасына дейін диффундалынуы керек. Сондықтан жылулық қолдану коэффициенті f гетерогендік ортада гомогендік ортаға қарағанда кем болуы қажет: fгет < fгом. Жылулық реактордың k∞ көбею коэффициентін бағалау үшін жуықталған жүктеу/скачать 41.49 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2