Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 58
Текст из файла (страница 58)
При столкновениях, приводящих к захвату, нейтрон проникает в ядро, образуя новый изотоп данного элемента, который обычно бывает неустойчивым — радиоактивным. Например, при облучении нейтронами водорода Н,' получается дейтерий Н,'. Н',+п=Н',. При столкновении, приводящем к делению, ядро, захватмвшев нейтрон, делится на два осколка, причем выделяется два-три новых нейтрона.
Взаимодействие нейтронов с ядрами количественно характеризуется так называемым поперечным сечением ядра. Поперечные сечения, характеризующие вероятность столкновения нейтрона с атомным ядром, не равна геометрическому поперечному сечению ядра. Единицей для измерения поперечного сечения атомных ядер служит бари: 1 бари=10 " см'. (Напоминаем, что диаметр атомного ядра имеет порядок 10 м сл,) Различают не равные друг другу поперечные сечения рассеяния з„ захвата ч, и деления чп Все эти величины определены экспериментально (табл. 11.
1). Поперечные сечения являются сложными функциями скоростей нейтронов или их кинетических энергий, выражаемых обычно в электрон-вольтах. В качестве замедлителей нейтронов для атомных реакторов применяются элементы с малым сечением захвата ч, так как они поглошают меньше нейтронов, и с малым атомным весом А, так как при каждом столкновении нейтрона с ядром его потери энергии тем значительнее, чем меньше отличается масса ядра-мишени от массы нейтрона (см. уравнение 11.
5). После ряда столкновений с ядрами замедлнтеля скорость нейтронов деления снижается до «тепловой» величины, соответствующей средней кинетической энергии теплового движения окружающих молекул. С точки зрения скорости потери 354 Таблица 11,1 Поперечные сечения для тепловых нейтронов Поперечное сечение и берлах Элемеит 38 7 4,8 4,2 11 7 8,2 8,2 и Для быстрых нейтронов еу)0, таи иаи уран-238 делится под действием быстрых иейгроиой. энергии идеальным замедлителем является водород. Однако он поглощает нейтроны с образованием тяжелого водорода — дейтерия Ь. Поперечное сечение поглощения водорода невелико; поэтому он в соединении с кислородом применяется в качестве замедлителя в ядер иых реакторах.
В качестве замедлителя применяется также и тяжелая вода РаО, бериллий Ве и углерод С в виде графита. Кислород вследствие своего сравнительно большого атомного веса плохо замедляет нейтроны. Однако поглощение нейтронов кислородом незначительно; поэтому присутствие кислорода в соединении с такими замедлителями, как водород, дейтерий или бериллий, не нарушает работы реактора. Стационарные реакторы, вес и размеры которых не имеют решающего значения, обычно имеют в качестве замедлителя графит. Ядерный реактор представляет собой сооружение из делящегося вещества и замедлителя, окруженное отражателем нейтронов и защитным слоем, снабженное регулирующими стержнями и каналами для протока охладителя (фиг.
194). Существуют гетерогенные и гомогенные реакторы. В гетерогенных реакторах делящееся вещество изготовлено в виде отдельных блоков— тепловыделяющих элементов (фиг. 195), расположенных внутри блоков замедлителя (графита, бериллия) или погруженных в обыкновенную или тяжелую воду (фиг. 196). Внутри котла проложены трубы, по которым протекает охладителан воздух, вода или жидкий металл. Реакторы, активные стержни которых погружены в воду, 23* Вспорол дейтерий Бериллий Бор Углерод Кисларод Железо Кадмий Уран-235 Уран-238 Плутоиий Н П Ве В С 0 Ре Сб и Ри 1 2 9,01 10,8 12 16 55,85 112,4 235 238 239 1 1 4 5 6 8 26 48 92 92 94 0,33 ' 0,00046 0,010 750 0,0045 0,0002 2,43 2400 650 2,8 1025 0 0 0 0 0 0 0 0 549 Ое 664 называются «погруженньми» ~или «плавающими» реакторами. Охлаждение осуществляется циркуляцией воды; таким образом, вода служит одновременно и замедлителем и охладителем.
В гомогенных реакторах атомы активного вещества равномерно распределены между атомами замедлителя, например, графита (фиг. 194). Гомогенным реактором является и так называемый кипящий реактоо, или бойлер (фиг. 197), в котором активным вешест- Оболочка иэ Угэа Смесь ухи с графитом каналы дпя гелия к т'еплообменнилу" дп насоса коллектор дпя ахладителя. Фллелтоо для оаладитепя Фнг.
194. Схема гомогенного реактора. вом служит урановая соль (например, уранилнитрат1), растворенная в лоде, служащей замедлителем. Для того чтобы в реакторе могла развиваться незатухающая ядерная реакция, среднее число нейтронов, реющих в реакторе, должно оставаться постоянным. При каждом делении выделяется э нейтронов. Некоторая их доля поглощается в уране-235, не вызывая деления: происходит 'так называемый р а д и а ц и о н н ы й з а х в а т, сопровождающийся только Фнг. 195, Урановый блок — тепловыделнющнй элемент.
где а — отношение поперечных сечений радиационного захвата и деления. Для урана-235: а=0,19; и=2,1. Часть быстрых нейтронов деления захватывается ядрами урана-238, всегда имеющегося в смеси изотопов урана, вызывая их деление. Относительное увеличение числа нейтронов за счет деления ядер урана-238 называется коэффициентом р змноженил на быстрых 556 у-излучением. Среднее число нейтронов, освобождающихся после за'хвата одного нейтрона, равно 'о — > (11.
6) нейтронах а. Для природного урана эта величина немного прев шает 1. Часть нейтронов в процессе замедления захватывается ядрами урана-238, не вызывая деления. Вероятность избежать резонансного захвата обозначается через р Для природного урана р=0,9. Часть нейтронов деления в процессе замедления поглощается ядрами замедлителя. Вероятность избежать поглощения в процессе замедления до «тепловой» скорости называется коэффициентом теплового использования !. Вероятность 1. избежать утеч- Вбьгдщод ~ ~ Вход ки через поверхность реактора Воды увеличивается с увеличением объема, лриходяацегося на единицу поверхности, т. е.
с увеличением линейных ~размеров реактора, Фиг. !96. Схема гетерогенного «погружеиного» или «плааающего» реактора, Фиг, 197. Схема кипящего реакто- ' ра — «бойлера», 357 Число нейтронов, остающихся в реакторе после утечки и всех пе» речисленных потерь на каждый имевшийся первоначально быстрый нейтрон, называется эффективньгм коэффициентом размножения й,ы й = »)арЯ, (11. 7) Для того чтобы в реакторе развивалась незатухающая реакция де ления, эффективный коэффициент размножения должен быть ра~вен или больше единицы: й,ь)~1. Разность к,ь — 1 называется реактивностью реактора.
Реактор, реактивность которого немногим больше нуля, называется критичным. Если постепенно складывать в кучу блоки из ядерного горючего и замедлителя, размеры этой кучи, наконец, станут критическими. Это название р11е †«куча» (неправильно переводимое словом «котел») сохранилось за реакторами в американской литературе. О достижении критичности узнают по резкому увеличению излучения реактора. ттлт' Рата И= Аааа Раат (11.
11) 358 $2. ПОТОК НЕЙТРОНОВ Н ТЕПЛОВАЯ МОШНОСТЬ РЕАКТОРА Тепловой мощностью называется количество теплоты, выделяющееся в реакторе ежесекундно. Тепловая мощность реактора У, обычно выражается в киловаттах: 1 квт=0,24 ккалгсек= =0,625 10"а Мэв/сек. Тепловая мощность, отнесенная к единице веса реактора, пазы вается удельной мощностью Ута: И„,= — 0 квт/кг, (11. 8) где Р— масса реактора, равная сумме масс активной зоны Р., отражателя, защитного экрана Р и оборудования Р,в.
Число делений, происходящих в единице массы активной зоны ежесекундно, называется активностью А дел(сек г. Тепловая мощность пропорциональна произведению активности А на массу активной зоны Р.„' и на энергию деления Е: 0 б25.10м 0 525.10м 3.10тз Иа — — '"' — — Ъ'рт = — ~~ квт, (11. 9) где У вЂ” объем активной зоны в сма; р — средняя плотность активного вещества, т. е. смеси ядерного горючего с замедлителем в г/сма; т — относительная плотность, измеряемая отношением объема активного вещества к объему активной зоны; Р— масса активной зоны в г: Р,„,= т/р7. (11. 10) Активность реактора А определяется числом атомов делящегося вещества,в каждой единице массы активной зоны, поперечным сечением деления и так называемым потока м н ей т р онов Нейтоонным потоком называется число нейтронов, пролетающих ежесекундно через единицу площади (1 сма).
Тепловые нейтроны в реакторе движутся совершенно беспорядочно; поэтому нейтронный поток не зависит от ориентации площадки. В различных участках активной зоны нейтронный поток неодинаков: в центре активной зоны он больше, чем на периферии. Рассмотрим единицу объема активной зоны (фиг. 198). Число атомов делящегося вещества с атомным весом А„„в единице объема, т. е. атомную концентрацию, обозначим через АГ Масса единицы объема равна плотности активного вещества р г/сма. Число атомов в грамм-атоме — число Авогадро,— обозначаемое через Ул, равняется 6 10м атом(моль. Отношение массы делящегося вещества к массе активной зоны обозначим через — '".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
