nР_pP_T(1-f) тепловых нейтронов захватывается паразитно

200 Нейтр.

599 Нейтр.

nРpPf тепловых нейтронов поглощается топливом

Часть тепловых нейтронов, поглощенных топливом, делит U-235, причем вновь возникают нейтроны деления.

 (эта) - Выход нейтронов на одно поглощение

= число нейтронов, генерированных

в результате делений на тепловых нейтронах,

на

число тепловых нейтронов,

поглощенных топливом

напр., =1,67

nР_pP_Tf нейтронов деления следующей генерации возникает в результате деления U-235 на тепловых нейтронах

1000 нейтр.

Начало следующего поколения

В формулах четырех сомножителей (2.1) и шести сомножителей (2.3) важными для рассматриваемых реакторов являются р и f.

2.7. Зависимость р и f от коэффициента замедления.

Для легководных тепловых реакторов важным показателем является коэффициент замедления m, представляющий собой отношение числа N_H ядер водорода к числу N_U ядер урана в выделенном объеме реактора:

Разумеется, в топливе m = 0, а в замедлителе m бесконечно велико, так что выбранный объем должен быть достаточно большим и содержать как топливо, так и замедлитель, чтобы имело смысл говорить о m. Коэффициент m (для постоянной температуры) сначала является заданным конструкцией реактора. Однако поскольку плотность воды сильно зависит от температуры (рис. 2.11), а для ВК дополнительно зависит от паросодержания, то m также зависит от температуры и паросодержания (содержания пустот). На захват нейтронов во время замедления, прежде всего в резонансной области U-238 (т.е. в топливе) приходится значительная часть потерь нейтронов во время одного поколения нейтронов. Как было указано в п.2.5 не только по техническим причинам легководные тепловые реакторы строят гетерогенными.

В гетерогенной конструкции топливо не распределено по активной зоне равномерно, а сосредоточено в топливных стержнях, размещенных в замедлителе на некотором расстоянии от друг друга. Таким образом пытаются пространственно отделить процессы, происходящие в топливе, от процессов, происходящих в замедлителе, что положительно влияет на вероятность избежать резонансного захвата р (см. п.2.5). На вероятность избежать резонансного захвата р влияет не только гетерогенная структура, но и содержание замедлителя в активной зоне по отношению к топливу, которое описывается коэффициентом замедления m.

Р ис. 2.11. Зависимость плотности от температуры.

На рис. 2.12 показана зависимость вероятности избежания резонансного захвата р от коэффициента замедления m. Значение р увеличивается с ростом m, поскольку уменьшение доли топлива (m увеличивается) означает уменьшение поглощения нейтронов во время замедления, значит, р увеличивается.

Р ис. 2.12. Зависимость вероятности избежания резонансного захвата р от коэффициента замедления m.

Если сначала принять m жестко заданным, то ему соответствует постоянная точка р кривой на рис. 2.12. Если теперь увеличить температуру замедлителя, то по рис. 2.11 плотность замедлителя уменьшится, а значит, уменьшится и m, и мы переместимся по кривой рис. 2.12 влево (р уменьшится). Топливом будет поглощаться относительно больше нейтронов, потому что при повышенной температуре замедлителя количество замедлителя будет относительно меньше.

Коэффициент использования тепловых нейтронов f обнаруживает в своей зависимости от m поведение, прямо противоположное р (рис. 2.13, только кривая 1: повышение m означает усиление поглощения нейтронов водой (коэффициент использования тепловых нейтронов уменьшается)).

Р ис. 2.13. Зависимость коэффициента использования тепловых нейтронов f от коэффициента замедления m.

В формуле четырех сомножителей для k_, значения р и f фигурируют не по отдельности, а как произведение pf. Значения  и  практически не зависят от m. Поэтому, если представить зависимость pf или k_ от m, то получим выпуклую кривую с ярко выраженным максимумом (рис. 2.14). Этому максимуму соответствует оптимальное отношение m замедлителя к топливу (оптимальное замедление). Для меньших значений m (слева от максимума) система будет называться недозамедленной, ( имеется сравнительно мало замедлителя), для более высоких перезамедленной (имеется избыток замедлителя).

Рис. 2.14. Произведение pf или (с измененной шкалой по оси ординат) коэффициент размножения k_ в зависимости от коэффициента замедления m.

В недозамедленном случае k_ уменьшается с уменьшением m (т.е. с повышением температуры). Далее будет показано, что это состояние желательно по соображениям безопасности (тепловые реакторы рассчитываются слегка недозамедленными).

Здесь необходимо только отметить, что на произведение pf (или k_) влияние оказывает не только содержание замедлителя, но и наличие в нем поглотителей, которые служат для компенсации эффекта выгорания топлива.