ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ

Ядро урана под воздействием нейтрона делится на два осколочных ядра. При этом выделяются новые нейтроны. Они в свою очередь вызывают деление других ядер ура-
на. Но не все нейтроны участвуют в цепной реакции. Некоторые из них поглощаются материалами конструкции реактора или выходят за пределы его активной зоны.

Цепная реакция начинается только тогда, когда хотя бы один из образовавшихся ней-
тронов принимает участие в последующем процессе деления атомных ядер. Это усло-
вие характеризуется коэффициентов эффективности размножения (Кэф), который оп-
ределяется как отношение числа нейтронов данного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. При значении Кэф, равном единице, в реакторе происходит самоподдерживающаяся цепная реакция деления постоянной интенсивности. Это со-
стояние реактора называется критическим.

При значении Кэф меньше единицы процесс деления ядер урана будет затухающим, а состояние реактора будет называться подкритичным. При значении Кэф больше еди-
ницы интенсивность цепной реакции и мощность реактора будут нарастать, а состо-
яние реактора будет называться надкритичным.

Скорость нарастания или спада цепной реакции деления характеризуется отличием коэффициента размножения от единицы: чем больше это отличие, тем выше скорость. Величину, характеризующую степень отклонения реактора от критического состояния (Кэф=1), называют реактивностью. На реактивность реактора значительное влияние оказывают процессы, происходящие в активной зоне. Это влияние определяется коэф-
фициентом реактивности. Так, в реакторе РБМК влияние изменений температуры гра-
фита, урана или теплоносителя на реактивность аппарата и интенсивность цепной ре-
акции определяется температурным коэффициентом реактивности (по графиту, урану и теплоносителю). Соответственно влияние на реактивность реактора изменения па-
росодержания в активной зоне характеризуется паровым коэффициентом реактив-
ности, изменения мощности реактора – мощностным коэффициентом реактивности, изменения давления в контуре циркуляции теплоносителя – барометрическим коэф-
фициентом реактивности. Величина и знак (положительный или отрицательный) ко-
эффициентов реактивности оказывают существенное влияние на обеспечение безо-
пасной эксплуатации реактора (особенно в переходных процессах), на выбор харак-
теристик системы регулирования реактора.

Что касается управления цепной реакцией. Следует иметь ввиду, что при цепной реак-
ции нейтроны образуются неодновременно. Большая их часть испускается в момент деления ядра урана за время 0,000000001 с. Это так называемые мгновенные ней-
троны. В реакторах на тепловых нейтронах время их жизни от рождения до повтор-
ного захвата равно приблизительно 0,001 с. Управление реактором при столь малом времени жизни нейтронов было бы затруднительным. Однако в действительности не все нейтроны испускаются мгновенно. Около 0,0064 от полного числа нейтронов, воз-
никающих в процессе деления, являются запаздывающими и появляются в активной зоне через некоторое время после акта деления из осколков разделившегося ядра урана (в основном из возникающих при делении ядер брома и йода). Обнаружено шесть групп запаздывающих нейтронов с временем жизни от 0,6 с до 80 с.

Существование запаздывающих нейтронов позволяет устанавливать такой режим работы реактора, при котором скорость изменения нейтронного потока значительно (в сотни раз) меньше, чем на мгновенных нейтронах. Этот режим удается создать, ес-
ли надкритичность реактора меньше доли запаздывающих нейтронов, то есть меньше 0,0064 (Кэф меньше 1,0064 в реакторах РБМК). В этом случае появляется возможность регулирования цепной реакции в реакторе. Регулирование осуществляется с помо-
щью специальных стержней-поглотителей нейтронов из бористой стали или карбида бора. Они вводятся (или выводятся) в активную зону и стабилизируют или изменяют в нужном направлении процесс размножения нейтронов. При надкритичности большей 0,0064 (Кэф больше 1,0064) нарастание цепной реакции будет определяться только мгновенными нейтронами; такой режим неуправляем и может привести к ядерному взрыву. Поэтому для безопасного управления реактором надкритичность его всегда должна быть меньше 0,0064 (для реакторов РБМК). Следует отметить, что при работе реактора в процесс деления вступает образующийся в нем плутоний-239. Доля запа-
здывающих нейтронов при делении плутония составляет около 0,003. Поэтому в реак-
торах РБМК (в ходе их работы) эффективная доля запаздывающих нейтронов умень-
шается и устанавливается на уровне 0,005.

ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ

Как происходит в реакторе тепловыделение? Осколки атомных ядер, разлетаясь с бо-
льшой скоростью, взаимодействуют с другими ядрами и тормозятся в своем движе-
нии. При потере кинетической энергии осколков и происходит выделение тепла.

Назад | В раздел