Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Доля запаздывающих нейтронов. Среднее время жизни запаздывающих нейтронов. Понятие о мгновенной критичности реактора




Запаздывающие нейтроны.

Наибольшее количество нейтронов (от ~ 0,2 до ~ 0,6 %) называемых «запаздывающие», образуется спустя некоторое время после окончания процесса деления ядра. Запаздывающие нейтронов не являются продуктами реакции β – распада. Но они испускаются сразу за β – распадом ядра-осколка, снимая с него остаточную энергию возбуждения. Основными осколками деления – предшественниками запаздывающих нейтронов являются изотопы йода и брома. Как пример ниже показана схема образования запаздывающего нейтрона из ядра-предшественника – брома-87:

Запаздывающие нейтроны в зависимости от их характеристик принято объединять в шесть групп. В таблице 2.6.2 приведены основные параметры (период полураспада предшественника, доля выхода, средняя энергия), характеризующие запаздывающие нейтроны деления U235 тепловыми нейтронами.

Таблица 2.6.2 «Характеристики запаздывающих нейтронов при делении U235»

Группа Период полураспада, с Выход Средняя энергия, МэВ
55,7 22,7 6,2 2,3 0,61 0,23 0,00021 0,00142 0,00127 0,00257 0,00075 0,00027 0,25 0,46 0,41 0,45 0,41 -
Σ βi - 0,0065 -

 

Доля запаздывающих нейтронов практически не зависит от энергии нейтрона, вызывающего деление, и определяется делящимся ядром. В таблице 2.6.3 приведены значения β для делящихся и воспроизводящих ядер, при их делении тепловыми нейтронами.

Таблица 2.6.3. «Доля запаздывающих нейтронов».

Ядро 233U 235U 239Pu 232Th 238U
0,0026 0,0064 0,0020 0,0190 0,0155

 

Несмотря на небольшую долю, запаздывающие нейтроны играют определяющую роль в возможности управления ядерным реактором, поскольку благодаря им среднее время жизни одного поколения нейтронов в реакторе в ~ 103 раз больше, чем мгновенных.

Доля запаздывающих нейтронов bэфф определяется как отношение среднего числа запаздывающих нейтронов к среднему числу нейтронов, испускаемых при делении. Для 235U bэфф приближенно равна 7×10-3, для 239Pu – 2,5×10-3. Для более компактного описания генерации запаздывающих нейтронов их объединяют в группы (6 групп).

 

35Br87 T1/2 = 54,5 c Eвозб

 
 


b- 2%

5,8 МэВ

g en (86Kr) = 5,53 МэВ

86Kr 5,4 МэВ

b- 68%

g

3 МэВ

b- 30% g

 

Ebmax = 8 МэВ g g

 

 
 


87Kr T1/2 = 78 мин

 

Рис. 2.1. Схема образования запаздывающих нейтронов при b-распаде 35Br87

 

Хотя доля запаздывающих нейтронов в полном числе нейтронов де­ления мала, намного большее среднее время между актом деления и появлением запаздывающих нейтронов по сравнению с временем жизни мгновенных нейтронов приводит к тому, что среднее, или эффективное, время жизни нейтронов в реакторе оказывается много больше времени жизни одних только мгновенных нейтронов. Среднее время жизни нейтронов с учетом запаздывающих нейтронов для 235U примерно равно 0,1с. Если это значение l подставить в выражение (2.3), то можно увидеть, что период разгона ре­актора при положительной реактивности, равной 0,1 % (kэфф = 1,001), составляет около 100 с, т. е. отклик реактора на изменение реактивности достаточ­но медленный, и есть запас времени для изменения kэфф.



Рассмотрим некий абстрактный реактор. Время жизни нейтронов t (время от образования в результате деления до поглощения) составляет от 10-3с до 10-5с. Пусть для увеличения мощности реактора мы увеличили Кэф на 0.1 %. В какой то момент времени Кэф станет равным 1.001. Тогда количество нейтронов будет увеличиваться на 0.01% в каждом новом поколения. За 1 секунду сменится 1000 поколений нейтронов и их количество увеличится, в (1.001)1000=2.47раз. Количество нейтронов прямо пропорционально мощности. Следовательно за секунду мощность реактора увеличится в два с половиной раза, а еще через несколько секунд реактор расплавится. Ясно что управлять таким реактором очень сложно. Как же происходит управление на самом деле?

Как нашей большой радости не все нейтроны образуются сразу, в результате деления, часть из них, около 0.7%, образуется в результате распадов ядер осколков. Например возможна такая последовательность событий:

В результате деления один из образовавшихся осколков может быть бором, который через 16 секунд через b -- распад превращается в неустойчивый криптон который в свою очередь испускает нейтрон:

Нейтроны образовавшиеся в результате деления называются мгновенными нейтронами. Нейтроны образовавшиеся в результате цепочки распадов осколков называются запаздывающими нейтронами. Ядра испускающие нейтроны называются ядра предшественники.

Среднее время жизни запаздывающих нейтронов составляет для 235U около 12сек (зависит от периода полураспада ядер предшественников).

Вооруженные знаниями о запаздывающих нейтронах взглянем на процесс увеличения мощности реактора. Пусть мы имеем увеличиваем коэффициент размножения на 0.01 %, Кэф = 1.001. Рассмотрим отдельно мгновенные и запаздывающие нейтроны. Доля мгновенных нейтронов составляет в среднем 0.993. Коэффициент размножения только на мгновенных нейтронах составляет 1.001 x 0.993 = 0.994 - разгон реактора только с учетом только мгновенных нейтронов невозможен. А поскольку время жизни запаздывающих нейтронов около 12 с , то и увеличение мощности реактора происходит достаточно медленно. В практике удобнее пользоваться не коэффициентом размножения а производной от него величиной - реактивностью.

 

При значении r³ bэф. влияние запаздывающих нейтронов на скорость изменения мощности ЯР прекращается, это и есть гра­ница управляемости ЯР. В этом случае реактор становится кри­тичным на мгновенных нейтронах. По этой причине состояние реактора r= bэф. называется мгновенной критичностью.

В отсутствие запаздывающих нейтронов управление цепной ядерной реакцией деления было бы крайне затруднительно, если вообще возможно





Дата добавления: 2015-06-04; Просмотров: 672; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ‚аш ip: 54.224.5.186
Генерация страницы за: 0.09 сек.