14. Температурный эффект реактивности. Доплер-эффект.
Температурный эффект реактивности (ТЭР) является интегральной характеристикой влияния температуры на реактивность и представляет собой изменение реактивности при разогреве или расхолаживании реактора в заданном интервале температур (при условии равномерности температурного поля по реактору). Он является интегральным потому, что в этот эффект войдут эффекты и на топливе и на замедлителе, причем во всех областях энергий. Измеряется температурный эффект реактивности так же, как и реактивность и в тех же единицах. ТЭР реактора ВВЭР определяют как изменение его реактивности при разогреве от 20 ºС до рабочей температуры 270 ºС.
Доплер-эффект заключается в изменении сечения рассеяния (для U-235, U-238 и Th-232) и сечения деления (только для U-235): ростом температуры ширина резонанса увеличивается, а высота уменьшается (сохранение площади).
Объясняется это увеличением частоты и амплитуды колебаний узлов решётки. Если скорость нейтрона близка к тепловой, то при таком колебании вероятность попадания нейтрона увеличивается, т.е. увеличивается вероятность захвата.
Ядерный ТЭР я, -эффект, определяющий зависимость реактивности от микроскопических сечений материалов активной зоны при условии постоянства их плотностей;
Плотностной ТЭР п, -эффект, определяющий зависимость реактивности от плотности материалов активной зоны при условии постоянства их микроскопических сечений.
При известных я и п можно определить полный температурный эффект реактивности как сумму: т = я + п. Аналогичным образом для коэффициентов можно записать: т = я +п. . Каждую из составляющих ТЭР и ТКР можно представить в соответствии с определенными моделями.
ДоплерСкорость реакции нейтронов с ядрами определяется их относительной скоростью движения, причем абсолютная скорость теплового движения ядер (их колебания в решетке) увеличивается при разогреве и уменьшается при расхолаживании. Такое изменение температуры приводит к изменению формы резонансных пиков сечения поглощения, прежде всего ядер 238U, поскольку относительная скорость в системе нейтрон-ядро изменяется. Чем выше температура среды, тем сильнее снижается значение сечения в максимуме резонанса мах и тем сильнее уширение резонансного пика. При этом площадь под кривой резонансного пика всегда остается неизменной. По ассоциации с акустикой изменение формы резонансов вследствие теплового движения ядер названо доплер-эффектом, а соответствующий эффект и коэффициент реактивности в топливе называются доплеровскими –ДКР и ДЭР. Доплер-эффект оказывает влияние как на вероятность избежать резонансного захвата в 238U, так и на поглощение и деление 235U и 239Pu во всей резонансной области и, в частности, в области их очень важного первого резонанса при 0.3 эВ. Так как доплеровское изменение ширины резонансных пиков является следствием изменения температуры топлива, а смещение спектра тепловых нейтронов вызывается изменением температуры замедлителя, то в динамическом отношении (по времени запаздывания ) эти эффекты значительно различаются.Влияние эффекта Доплера на вероятность избежать поглощения в процессе замедления сказывается только через эффективный резонансный интеграл Iu эф. В гетерогенных реакторах всегда зависит от температуры топлива и с ростом последней уменьшается. Это объясняется тем, что полуширина каждого резонанса Г является таковой только при температуре 0К. При нагревании до температуры Т она увеличивается на величину т.н. доплеровской добавки д = 4КТЕ/(А+1)2, где К- постоянная Больцмана, Е- энергия, т.е. Г2(Т)= Г2+д.2 .
В результате уширения каждой из резонансных линий, радиационный захват на 238U растет и вклад резонансного захвата в ядерный ТКР всегда оказывается отрицательным, т.е.:
[1/( d/dT )]я<0.