- •Деление тяжёлых ядер. Энергетический выход реакции и продукты деления. Нейтроны деления. Особенности различных делящихся нуклидов.
- •Основные процессы взаимодействия нейтронов с ядрами. Понятие сечения взаимодействия.
- •Взаимодействие нейтронов со средой. Понятие макросечения и длины пробега.
- •Способы получения нейтронов. Источники нейтронов.
- •Способы регистрации нейтронов.
- •Энергетическая зависимость сечений взаимодействия для типичных материалов, используемых в ядерных реакторах. Особенности сечений для нуклидов ядерного топлива.
- •Замедление нейтронов. Непрерывная и дискретная модели описания процесса замедления.
- •Перенос нейтронов. Диффузия как непрерывная модель переноса нейтронов.
- •Реактор в форме параллелепипеда
- •Для второго уравнения общее решение имеет вид
- •Гомогенная и гетерогенная размножающая среда. Особенности баланса нейтронов в гомогенных и гетерогенных средах. Элементарная ячейка как модель гетерогенной среды.
- •Резонансное поглощение нейтронов в гомогенных и гетерогенных средах. Резонансный интеграл. Эффективный резонансный интеграл.
- •Многозонный реактор. Граничные условия. Роль отражателя. Возможности численного моделирования поля нейтронов в реакторах.
- •Физические процессы в ядерном топливе реактора, работающего на мощности, и их влияние на баланс нейтронов.
- •Понятие реактивности. Способы компенсации избыточного запаса реактивности для обеспечения работы реактора. Возможности управления запасом реактивности.
- •Выгорание и воспроизводство ядерного горючего. Принципиальная возможность и физические условия расширенного воспроизводства. Коэффициент воспроизводства.
- •Физические методы определения глубины выгорания и состава отработанного ядерного топлива.
- •Управление ядерным реактором. Роль запаздывающих нейтронов в управляемых нестационарных процессах. Возникновение и отличие в свойствах мгновенных и запаздывающих нейтронов.
- •Кинетика реактора на примере "точечной" модели с одной группой эмиттеров запаздывающих нейтронов. Связь периода реактора с реактивностью.
- •Обратные связи в реакторе. Коэффициенты и эффекты реактивности. Роль обратных связей в обеспечении безопасности реакторов.
- •Нестационарное отравление реактора. "Иодная яма". Ксеноновая неустойчивость в больших энергетических реакторах.
- •Остаточное энерговыделение, аккумулированное тепло, возможные экзотермические процессы в аварийных условиях.
Основные процессы взаимодействия нейтронов с ядрами. Понятие сечения взаимодействия.
При взаимодействии нейтрона с ядром всегда имеет место потенциальное рассеяние – рассеяние нейтронной волны на потенциале ядра. Остальные реакции идут через «составное ядро», то есть сначала нейтрон попадает на резонансный уровень исходного ядра, внося в это ядро энергию возбуждения, равную кинетической энергии нейтрона плюс энергия связи нейтрона в ядре. Это составное ядро существует около 10-15 секунды, а затем энергия возбуждения снимается одним из следующих процессов:
Резонансное упругое рассеяние – составное ядро испускает нейтрон с той же энергией, которая была у него до взаимодействия;
Резонансное неупругое рассеяние – составное ядро испускает нейтрон с энергией меньшей, чем у него была. Разность в энергиях компенсируется испусканием гамма-квантов;
Радиационный захват – нейтрон переходит в составном ядре на основной уровень, образуется новый изотоп, а возбуждение снимается гамма-квантами;
Деление ядра – составное ядро разделилось на два или несколько осколков, которые находятся в сильно возбужденном состоянии и перенасыщены нейтронами. За счет отталкивания одноименных зарядов (осколков) осколки приобретают энергию, которая выделяется в виде тепла практически в точке, где произошло деление ядра. Осколки испускают нейтроны (примерно 2-3 штуки на одно деление) и гамма-кванты.
Возможны и другие процессы, которые носят пороговый характер, т.е. реадизуются только если энергия нейтрона больше некоторого порогового значения: (n,2n), (n,3n), (n,p) реакции.
Вероятность образования составного ядра резко возрастает, когда кинетическая энергия налетающего нейтрона совпадает с энергетическим уровнем ядра, поэтому зависимость микроскопических сечений от кинетической энергии налетающего нейтрона для процессов, идущих через составное ядро, носит ярко выраженный резонансный характер.
Понятие «микроскопического сечения»
Микроскопическое сечение взаимодействия нейтрона с ядром σ является количественной характеристикой данного типа взаимодействия (деление, радиационный захват, потенциальное рассеяние и т.д.) нейтрона и ядра. Оно пропорционально вероятности данного типа взаимодействия и зависит от кинетической энергии налетающего на ядро нейтрона и энергетической структуры ядра (то есть типа ядра). Измеряется в квадратных сантиметрах или барнах (1 барн=10-24 см2).
Взаимодействие нейтронов со средой. Понятие макросечения и длины пробега.
Макроскопическое эффективное сечение – это количественная характеристика взаимодействия нейтронов со средой, которая рассчитывается как сумма по типам ядер произведения соответствующего микроскопического эффективного сечения на количество ядер данного типа в единице объема. Зависит от кинетической энергии нейтрона, состава среды и измеряется в см-1. Физический смысл – это вероятность взаимодействия данного типа на единичном пути в среде.
Если среда состоит из смеси ядер, то макроскопическое сечение среды по отношению к процессу i рассчитывается как:
∑i=∑kσik×Nk,
Где σik – микроскопическое сечение i-го взаимодействия нейтронов с k-м типом ядер, Nk – количество ядер k-го типа в единице объема.
Длина свободного пробега нейтрона - это среднее расстояние, которое проходит нейтрон в среде от точки рождения до точки первого взаимодействия данного типа. Для больших сред рассчитывается как величина, обратная соответствующему макроскопическому сечению. Измеряется в см.