Відбивач нейтронів
Відбивач нейтронів— конструктивна частина ядерного боєприпасу, що оточує речовину, що ділиться, або ядерного реактора, що оточує активну зону. Основне призначення відбивача - запобігання витоку нейтронів у навколишнє середовище. В окремих випадках відбивач може також називатисязоною відтворення.
Зміст
Фактично реакторів без відбивачів нейтронів немає. Активна зона, що лежить на фундаменті, вже, принаймні, знизу має відбивач, оскільки всі речовини відбивають нейтрони. Проте зрозуміло, що ефективність відбиття нейтронів тим вища, що більше альбедо речовини-відбивача. Розміщення відбивачів поблизу тіла, в обсязі якого дифундують нейтрони, що породжуються якимось джерелом, призводить до зниження витоків нейтронів. Частина тих нейтронів, які у процесі дифузії після досягнення поверхні тіла залишали його обсяг, повертається тому, оскільки у речовині відбивача нейтрони також беруть участь у хаотичної дифузії. Відбиті нейтрони знову відбиваються від першого обсягу тощо. буд., що передусім супроводжується підвищенням нейтронного потоку межі тіла, і відбивача. Підвищення потоку в граничних точках по відношенню до потоку всередині тіла означає зниження градієнта потоку на межі або дифузійного струму, що дорівнює витоку нейтронів з одиниці площі поверхні тіла в одиницю часу.
Якщо мати на увазі не довільне середовище із стороннім джерелом нейтронів, а що розмножує в критичному стані (див. Коефіцієнт розмноження нейтронів), то зменшення витоку при приєднанні до активної зони відбивача збільшуєwі переводить реактор у надкритичний стан. Щоб при незмінному k0 реактор знову став критичним, слід у свою чергу знизитиwза рахунок зменшення об'єму активної зони. Таким чином, критичні розміри реактора з відбивачем завжди менше, ніж реактора без відбивача. З практичного погляду це вигідно. Виділення енергії в реакторі можливе лише у критичному стані. Коли в силу природних причин реактор стає підкритичним, енерговиділення припиняється, і частина матеріалу реактора, що ділиться, залишається невикористаною. Зрозуміло, цю частину доцільно зробити можливо меншою. Застосування відбивачів певною мірою служить цій меті.
Відбивачі теплових та проміжних ядерних реакторів виготовляються із речовин-уповільнювачів. Такі відбивачі слабо поглинають нейтрони та сприяють їх уповільненню в реакторі. У графітових та важководних реакторах як відбивач застосовується графіт, як найбільш доступний матеріал з хорошими дифузійними властивостями. При цьому економія активної зони приблизно дорівнює довжині дифузії нейтронів у графіті, тобто близько 50 см.
У реакторах з легкою водою як сповільнювач між активною зоною і корпусом реактора, що служить ємністю для води, завжди є шар води в 10 см або більше. Цей шар є відбивачем, що забезпечує гранично можливу економію активної зони. Тому поза корпусу водяного реактора графітовий відбивач некорисний, і такі реактори немає відбивача як окремої конструкції. Активні зони реакторів з водяним сповільнювачем розсіюють нейтрони з високою енергією, а не теплові. Тому економія активної зони визначається поверненням проміжних нейтронів, частково уповільнених, і абсолютною величиною досягає 7 см.
Реактори на проміжних нейтронах містять мало сповільнювача, і нейтрони поглинаються речовиною, перш ніж стаютьтепловими. Активні зони цих реакторів розсіюють швидкі та проміжні нейтрони. Найкращим відбивачем таких нейтронів є берилій. Також берилій є кращим сповільнювачем для проміжних реакторів малих критичних розмірів, тобто реакторів з високою концентрацією матеріалу, що ділиться, в активній зоні. Звичайна вода поступається берилію, оскільки через зниження перерізу розсіювання у водню при енергіях більше 0,1 МеВ легше пропускає через свій обсяг швидкі нейтрони, ніж берилій.
Реактори на швидких нейтронах не повинні містити речовини, що уповільнюють нейтрони, оскільки уповільнення знижує коефіцієнт відтворення, велика величина якого становить основну фізичну перевагу швидкого реактора перед іншими типами реакторами. Матеріал відбивачів реакторів на швидких нейтронах - важкі 238 U або 232 Th, які одночасно є сировиною для відтворення нових матеріалів, що діляться. Такі відбивачі, звичайно, зменшують критичні розміри активних зон, проте основна їх функція полягає в накопиченні нових матеріалів, що діляться, що виходять при поглинанні розсіюваних активною зоною нейтронів. Тому вони називаються не відбивачами нейтронів, азонами відтворення.