зниження реактивності
Реактор. що знаходиться в критичному стані (див. Коефіцієнт розмноження нейтронів) як завгодно довго, є математичною абстракцією. Насправді, що протікають в реакторі процеси викликають погіршення розмножуючих властивостей середовища, і без механізму відновлення реактивності реактор не зміг би працювати навіть короткий час. Звернення нейтронів в реакторі включає процес ділення; кожен акт поділу означає спад атома ділиться матеріалу, а значить, і зниження k0. Правда, діляться атоми частково відновлюються за рахунок поглинання надлишку нейтронів ядрами 238 U з утворенням 239 Pu. Однак накопичення нового матеріалу, що поділяється зазвичай не компенсує втрат діляться атомів, і реактивність знижується. Крім того, кожен акт поділу супроводжується появою двох нових атомів, ядра яких, як і будь-які інші ядра, поглинають нейтрони. Накопичення продуктів поділу також знижує реактивність (див. Іодная яма). Нарешті, просто підвищення температури активної зони реактора зазвичай супроводжується зниженням реактивності, а активні зони енергетичних реакторів повинні бути розігріті до можливо більшої температури, оскільки коефіцієнт корисної дії теплової машини в кінцевому рахунку визначається різницею температур джерела тепла і холодильника - навколишнього середовища.
Система управління
Ядерний реактор може працювати із заданою потужністю протягом тривалого часу тільки в тому випадку, якщо на початку роботи має запас реактивності. Звільнення пов'язаної реактивності в міру її зниження в силу природних причин забезпечує підтримку критичного стану реактора в кожен момент його роботи. Початковий запас реактивності створюється шляхом побудови активної зони з розмірами, значно переважаючими критичні. Щоб реактор не ставав надкритичність, одночасно штучно знижується k0 розмножуються середовища. Це досягається введенням в активну зону речовин-поглиначів нейтронів, які можуть вилучатися з активної зони в подальшому. Так само як і в елементах регулювання ланцюгової реакції. речовини-поглиначі входять до складу матеріалу стрижнів того чи іншого поперечного перерізу, що переміщаються по відповідних каналах в активній зоні. Але якщо для регулювання досить одного-двох або декількох стрижнів, то для компенсації початкового надлишку реактивності число стрижнів може досягати сотні. Ці стрижні називаються компенсаційними. Регулюючі та компенсуючі стрижні не обов'язково представляють собою різні елементи за конструктивним оформленням. Деяке число компенсуючих стрижнів може бути стрижнями регулювання, проте функції тих і інших відрізняються. Регулюючі стержні призначені для підтримки критичного стану в будь-який момент часу, для зупинки, запуску реактора, переходу з одного рівня потужності на інший. Всі ці операції вимагають малих змін реактивності. Компенсуючі стрижні поступово виводяться з активної зони реактора, забезпечуючи критичний стан протягом всього часу його роботи.
Іноді стрижні управління робляться не з матеріалів-поглиначів, а з речовини, що ділиться або матеріалу-розсіювача. У теплових реакторах - це переважно поглиначі нейтронів, ефективних же поглиначів швидких нейтронів немає. Такі поглиначі, як кадмій. гафній і інші, сильно поглинають лише теплові нейтрони завдяки близькості першого резонансу до теплової області, а за межами останньої нічим не відрізняються від інших речовин за своїми поглинає властивостями. Виняток становить бор. перетин поглинання нейтронів якого знижується з енергією значно повільніше, ніж у зазначених речовин, згідно із законом l / v. Тому бор поглинає швидкі нейтрони хоча і слабо, але дещо краще інших речовин. Матеріалом-поглиначем в реакторі на швидких нейтронах може служити тільки бор, по можливості збагачений ізотопом 10 В. Крім бору в реакторах на швидких нейтронах для стрижнів управління застосовуються і діляться матеріали. Компенсуючий стрижень з подільного матеріалу виконує ту ж функцію, що і стрижень-поглинач нейтронів: збільшує реактивність реактора при природному її зниженні. Однак, на відміну від поглинача, такий стрижень на початку роботи реактора знаходиться за межами активної зони, а потім вводиться в активну зону. З матеріалів-розсіювачів в швидких реакторах вживається нікель. що має перетин розсіювання швидких нейтронів дещо більше перетинів інших речовин. Стрижні-розсіювачі розташовуються по периферії активної зони і їх занурення у відповідний канал викликає зниження витоків нейтронів з активної зони і, отже, зростання реактивності. У деяких спеціальних випадках цілям управління ланцюговою реакцією служать рухливі частини відбивачів нейтронів, при переміщенні змінюють витоку нейтронів з активної зони. Регулюючі, компенсуючі та аварійні стрижні спільно з усім устаткуванням, що забезпечує їх нормальне функціонування, утворюють систему управління і захисту реактора (СУЗ).
аварійний захист
На випадок непередбаченого катастрофічного розвитку ланцюгової реакції, а також виникнення інших аварійних режимів, пов'язаних з енерговиділенням в активній зоні, в кожному реакторі передбачено екстрене припинення ланцюгової реакції, здійснюване скиданням в активну зону спеціальних аварійних стрижнів або стрижнів безпеки. Аварійні стрижні виготовляються з поглинає нейтрони матеріалу. Вони скидаються під дією сили тяжіння в центральну частину активної зони, де потік найбільший, а значить, і найбільш велика негативна реактивність, що вноситься в реактор стрижнем. Стрижнів безпеки, як і регулюючих, зазвичай два або кілька, проте на відміну від регуляторів вони повинні пов'язувати якомога більшу величину реактивності. Роль стрижнів безпеки може виконувати і частину компенсуючих стрижнів.
література
- Клімов А. Н. Ядерна фізика і ядерні реактори. М. Атомиздат, 1971.
- Левін В. Є. Ядерна фізика і ядерні реактори. 4-е изд. - М. Атомиздат, 1979.
- Петунин В. П. Теплоенергетика ядерних установок М. Атомиздат, 1960.