ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.02.2019
Просмотров: 6157
Скачиваний: 1
Активная среда (вещество)
– среда, в которой идет
ц. р.
Основных причин потерь две: поглощение частицы без испускания вторичной и уход
частицы за пределы объёма активного вещества, поддерживающего цепной процесс.
Теория ц. я. р. - 1939 г., Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон показали, что протекание
самоподдерживающегося цепного ядерного процесса возможно в том случае, когда
коэффициент размножения нейтронов
k
≥ 1
.
Первая ядерная ц. р. - Э. Ферми (1942).
Коэффициент размножения нейтронов.
Для идеальной бесконечной активной
среды -
k
∞
Для физической среды конечных размеров -
k
.
k
зависит от вероятности
P
для n
уйти из активной зоны.
k= k
∞
∙P
Нуклид
233
U
235
U
239
Pu
240
Pu
244
Cm
252
Cf
v
2.58
2.47
3.05
2.26
2.80
3.87
( )
(
1)
n i
k
n i
Скорость нарастания ц. р. определяется
k
и временем жизни поколения
τ
.
Прирост числа нейтронов за одно поколение:
(
1)
n
n k
За ед. времени
t
:
1
0
(
1)
e
k
t
dn
n k
n
n
dt
Цепная реакция
Важнейший параметр - число вторичных нейтронов
v
, возникающих в одном акте
деления.
Цепная реакция
Реактивность
:
ρ=(k -1)/ k
. Для
k > 1 → ρ > 0 (k = 1 → ρ = 0; k < 1 → ρ < 0)
Система с
k = 1 (
ρ = 0) – критическая.
Система с
k > 1 (
ρ > 0) – надкритическая.
Система с
k < 1 (
ρ < 0) – подкритическая.
k
определяется:
величиной
ν
;
вероятностями различных взаимодействий (приводящих и не приводящих к
делению) нейтронов с ураном и примесями
конструкцией и размерами установки.
Поэтому очень важно знать сечения для процессов деления, неупругого рассеяния и
захвата нейтронов ураном при тех энергиях, с которыми они образуются, и
энергетический спектр вторичных нейтронов.
Роль размеров:
N
n
(
вылетающих)
~ S
уст
; а
N’
n
(
образующихся)
~ V
уст
Критические размеры
- min
размеры ядерной установки, при которых ц.р. возможна.
Критическая масса
– min масса делящегося вещества, в котором может происходить ц.р.
Критические размеры установки можно снизить, если окружить ее
отражателем, т. е. слоем неделящегося вещества с малым сечением захвата и
большим сечением рассеяния.
Цепная реакция
При столкновении нейтрона с тяжелым ядром процессу (
n,f
)
всегда будет
конкурировать радиационный захват нейтрона (
n,
)
→ вероятность
деления при захвате нейтрона ядром делящегося изотопа
nf
nf
n
Для одновременного учета как числа нейтронов на акт деления, так и вероятности
радиационного захвата вводится коэффициент
η
, равный среднему числу
вторичных нейтронов на один захват нейтрона делящимся ядром:
nf
nf
n
В природе только три изотопа:
231
238
235
90
92
92
( 7
)
;
;
0. % природного ур
Th
U
ана
U
Цепная реакция
Вопрос об осуществимости цепной реакции на ТН на природном уране (на одно ядро
235
U
приходится примерно
140
ядер
238
U
)
235
235
238
nf
n
n
Вероятность того, что нейтрон, поглотившись в естественной смеси, вызовет деление:
235
235
235
235
235
238
235
235
238
140
140
nf
nf
nf
ест
nf
n
n
nf
n
n
Для ТН
ν
=
2,47, = 580 барн, = 112 барн, = 2,8 барн
235
nf
238
n
1.32 1
ест
ц.я.р. на естественном уране
в принципе
возможна
Для БН
v
= 2,65, = 1,2-1,3 барн,
235
nf
235
238
0.1
n
n
барн
0.03
ест
(если учитывать только деление
235
U
)
Но для
E
n
> 1.4
МэВ
238
U
делится с заметным сечением:
ν
≈ 2,5.
В спектре нейтронов
нейтроны с
E
n
> 1.4
МэВ – 60%.
Из них только 1 из 5 делит ядро
238
U
(потери за счет
упругого и неупругого рассеяния).
238
0.6
nf
барн
235
238
235
238
235
235
238
238
140
1
0.6
0.3
0.33 1
140(
)
5
nf
ест
быстр
быстр
быстр
быстр
nf
n
nf
n
На быстрых нейтронах ц.р. в естественной смеси изотопов
235
U
и
228
U
идти не может!!!
235
nf
Цепная реакция
Эксперимент:
для чистого металлического урана
k=1
при обогащении изотопом
235
U
не
менее
5,56 %
.
Практика:
реакцию на БН можно поддерживать лишь в обогащенной смеси, содержащей
не менее
15%
изотопа
235
U.
Вторичные нейтроны, возникшие в результате деления ядра урана замедляются до
E
n
=kT
◦
и захватываются ядрами изотопа
235
U
, приводя их к делению с
образованием новых вторичных нейтронов, которые снова замедляются.
Жизнь одного поколения нейтронов в
активной зоне с замедлителем –
две
стадии:
замедление до тепловых
энергий и диффузия с тепловыми
скоростями до поглощения.
Принципиальная схема цепного процесса на ТН нейтронах очень проста:
Но, нужен замедлитель! → легкие ядра
(Н, D, Be, C).
Потеря энергии нейтрона:
0
2
4
(1
)
(1
)
A
E
E
A
Вещество
N
t,
мксек
L
Б
, см
Свинец
1600
1300
200
Графит
110
70
43
Вода
23
3
13