Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Замедление и диффузия нейтронов.
При делении ядер U-235 и Рu-239 рождаются нейтроны в широком диапазоне энергий. Спектр нейтронов деления (рис.1.4.) жесткий, в нем преобладают нейтроны высоких энергий: максимальное число нейтронов имеет энергию ~0, 7 МэВ, наибольшая энергия достигает 18 МэВ, средняя ~ 2 МэВ. В дальнейшем при неупругом и упругом рассеянии нейтроны снижают кинетическую энергию вплоть до энергии теплового движения атомов и молекул среды. Энергетическое распределение находящихся в тепловом равновесии со средой нейтронов является распределением Максвелла (рис.1.4.). Однако, поскольку нейтроны поглощаются ядрами атомов среды, некоторое их число в тепловой области энергий может находиться только при непрерывном поступлении нейтронов из более высоких энергетических областей. Поэтому, хотя распределение Максвелла не ограничивается со стороны высоких значений энергий, в рассматриваемом случае можно указать условную границу распределения: это та энергия, при которой поток замедляющихся нейтронов равен потоку нейтронов, уже пришедших в тепловое равновесие со средой. В ядерных реакторах на тепловых нейтронах эта энергия примерно равна 0, 2 эВ. Характер взаимодействия нейтронов с ядрами различен в диапазоне энергий от 0 до 10 МэВ. Поэтому обычно весь возможный диапазон энергий нейтронов в ядерном реакторе разбивают на три области, характеризующиеся своими особенностями взаимодействия: область быстрых, промежуточных (резонансных) и тепловых нейтронов. Границы между областями условные: Быстрая область. 0, 1 - 10 МэВ Промежуточная область. 0, 2 - 105 эВ Тепловая область. 0 - 0, 2 эВ. Процесс уменьшения кинетической энергии нейтронов в результате их рассеяния на атомах среды называется замедлением. Неупругое замедление (рассеяние) может быть в тех случаях, когда энергия нейтрона больше 0, 6-1, 0 МэВ, т.е. этот вид замедления наблюдается только на начальной стадии процесса замедления нейтронов. В случае упругого замедления (рассеяния) суммарная кинетическая энергия налетающей и испускаемой частиц остается без изменений (аналогия - столкновение бильярдных шаров). В этом случае замедление нейтрона будет тем эффективнее, чем ближе друг к другу массы ядра А и нейтрона mn, т.е. чем легче атомы, составляющие среду, в которой происходит рассеяние. Очевидно, что в случае столкновения с ядром атома водорода (А=mn ) нейтрон теряет всю свою кинетическую энергию уже при первом акте рассеяния. Вводится понятие о средней потере энергии нейтрона при столкновении его с ядром (средний логарифмический декремент энергии): (1.9), где Ео и Е - энергия нейтрона до и после столкновения соответственно. Вводится также величина, характеризующая среднее число столкновений, необходимых для замедления от средней энергии деления (начальной энергии) Ео = 2 МэВ до энергии тепловых нейтронов в нормальных условиях Е = 0, 025 эВ:
n = ln(Eo/E) / x = 18, 2 / x (1.10)
Таблица 1.1 содержит рассчитанные по (1.9) и (1.10) величины и средние числа столкновений с ядрами некоторых нуклидов при замедлении нейтронов деления до тепловой энергии. Таблица 1.1. Константы, характеризующие замедление нейтронов.
Движение нейтронов в среде, когда их энергия в среднем остается постоянной, называется диффузией. В процессе диффузии движение нейтронов в среде имеет хаотический характер. Так как сечения взаимодействия ядер малы, а значит, велика длина пути между столкновениями, то в процессе диффузии нейтроны перемещаются в веществе на большие расстояния. Замедляясь и диффундируя, нейтрон взаимодействует с ядрами размножающей среды и перемещается от места рождения (см. рис.1.5.). Возраст нейтрона r (м2) - характеризует среднее расстояние по прямой, на которое смещается нейтрон от точки рождения с энергией Ео до точки, где он замедлится до энергии Е. Длина диффузии нейтрона L (м) - характеризует среднее расстояние по прямой, на которое смещается нейтрон от точки, где он стал тепловым, до точки поглощения. Площадь миграции нейтрона М (м2 ) - характеризует среднее расстояние по прямой, на которое смещается нейтрон от точки рождения до точки поглощения.
М2 = r + L2 (1.11).
Величина М2 слабо зависит от обогащения топлива и увеличивается с ростом температуры. Для ВВЭР-440 характерны следующие значения М2: - в " холодном" состоянии ЯР ~ 44, 4 см2; - в " горячем" состоянии ЯР ~ 64, 5 см2. В таблице (1.2) приведены значения возраста и площади миграции нейтронов для различных замедлителей. Таблица 1.2. Значения возраста нейтронов для различных замедлителей.
Коэффициент замедления нейтронов характеризует способность вещества замедлять нейтроны, не поглощая их: Кзам. = x• Ss / Sа (1.12), где x•Ss - замедляющая способность замедлителя, м-1 - определяет эффективность замедления каждой единицей объема вещества. Sa - макроскопическое сечение поглощения замедлителя. В таблице 1.3 приведены времена замедления при снижении энергии нейтрона от Ео=2 МэВ до Е=0, 025 эВ и время диффузии нейтрона в тепловой области. Таблица 1.3 Времена замедления и тепловой диффузии нейтронов.
Из таблицы видно, что время диффузии нейтронов в тепловой области примерно в 100 раз больше чем время замедления. Следовательно время жизни мгновенных нейтронов определяется временем диффузии и для ВВЭР-440 составляет ~ 10-5 с.
Коэффициент размножения. |
Последнее изменение этой страницы: 2017-04-13; Просмотров: 1144; Нарушение авторского права страницы