1. Особенности гетерогенного реактора

Рассмотрение теории ядерных реакторов удобно разделить на 2 части:

1. Микроскопическая теория, которая занимается вычислением К и М²_{. Эти величины являются существенно внутренними характеристиками состава реактора и определяются сечениями взаимодействия нейтронов с ядрами, значениями плотности, строением решётки.}

2. Макроскопическая теория рассматривает внешние свойства реактора, такие как критические размеры, общее распределение нейтронов по реактору.

Переход от гомогенного реактора к гетерогенному значительно изменяет макроскопическую теорию. К и М² зависят от строения решётки, т. е. нужно заново считать каждый параметр. Макротеория остаётся такой же, как в гомогенном реакторе, т. к. она слабо зависит от строения решётки.

Зависимость от структуры, состава реактора

Рис. 21.2.1.

К_эфф⁼

Все решённые задачи о поведении нейтронного потока (зашлаковывание, отравление) могут применяться и в гетерогенных реакторах. Усреднением потока можно получить параметры и для нейтронной зоны. Нужно заново рассматривать К в бесконечной среде и М². Для реакторов на быстрых нейтронах из-за малого сечения взаимодействия нейтрона с ядром и длины свободного пробега ~ 5 см эффекты гетерогенности не сказываются на расчёте, так как размер гетерогенности меньше 5 см.

2. Главные эффекты размещения урана в виде блоков

1. Внутренний блок-эффект для вероятности избежать резонансного захвата обусловлен внешними пиками резонансного поглощения на уране 238.

Наличие сильного резонансного поглощения обеспечивает сильную экранировку урана внутри блока, то есть не все слои участвуют при поглощении нейтронов, а только внешние слои, а этот факт усиливает концентрацию U²³⁵. Это равносильно уменьшению концентрации U²³⁸ Это приводит к тому, что вероятность избежать резонансного захвата в гетерогенном реакторе будет больше.

Следовательно эффект должен приводить и Р .

σ_a = 100 барн

= 100 10^-24 0_,48 10²⁴= 4.8 см^-1 ;

= 0,2 см

На толщине слоя в 2 мм нейтронный поток будет уменьшаться в е раз.

2. Внутренний блок-эффект для коэффициента теплового использования.

Блок горячего имеет высокое и для тепловых нейтронов, поэтому поглощение тепловых нейтронов в блоке тоже сопровождается экранированием (не все слои участвуют равномерно в поглощении нейтронов).

Это приводит к уменьшению коэффициента теплового использования.

0.36 см; 3 см

3. Внешний блок-эффект для вероятности избежать резонансного захвата.

В гетерогенной системе нейтрон теряет энергию при столкновении с ядрами замедлителя, т.е. в блоке замедлителя. В блоках горючего нейтрон не может изменить свою энергию т. к. ξ<<1; В гетерогенных реакторах нейтроны замедлившись до резонансных энергий имеют большую вероятность не столкнуться с атомами урана, чем в гомогенном.

Рис 20.3.1.

Резонансные нейтроны рождаются в замедлителе, для этого нейтрону нужно пройти определенное расстояние. Нейтрон может несколько раз столкнуться с ядрами замедлителя и уйти в горючее, этот эффект повышает вероятность.

4. Внешний блок - эффект для коэффициента теплового использования.

Замедление в тепловую группу идёт в области замедлителя, т. о. вероятность поглотиться в блоке горючего уменьшается. В гомогенном реакторе ядра горючего всегда находятся в непосредственной близости и велика вероятность поглощения в ядрах горючего.

5. Размещение урана 235 в блоках осуществляется так, чтобы повысить

вероятность того, что состоится деление урана 238, т. е. увеличение коэффициента размножения на быстрых нейтронах. Нейтроны, рождённые в блоке, имеют очень малую вероятность замедлиться до выхода в блок замедлителя. Повышается вероятность встречи нейтрона с ядром U ²³⁸ . При энергиях больше, чем энергия порога деления. В гомогенном реакторе быстрые нейтроны всегда встретятся с ядрами замедлителя, и потеря энергии ниже порога деления. Коэффициент размножения на быстрых нейтронах ε~1 в гомогенных реакторах и = 1.03  1.06 – в гетерогенных реакторах. Размещение урана в виде блоков повышает вероятность избежать утечки, т. е. уменьшения коэффициента использования и повышения ε. Т. к. сечение поглощения тепловых нейтронов много меньше сечения поглощения резонансных нейтронов, то эффект для вероятности избежать захвата меньше, чем вероятность поглотиться до резонансного захвата. ε для гетерогенных реакторов больше, чем для гомогенных.