Вплив поглинання нейтронів - Студопедія
Але що можна зробити, щоби реактор був працездатним? Знову можемо говорити про вплив на три процеси – швидкість народження, швидкість поглинання, швидкість витоку. Витік знижується зі збільшенням радіусу, але якщоК∞≤1, стан критичності нічого очікувати досягнуто навіть у межі, при необмежено великомуR.Значить залишається інший шлях - впливати на швидкість народження нейтронів або на швидкість їхнього безповоротного, говоритимемо, шкідливого поглинання.
Як можна зменшити швидкість шкідливого поглинання нейтронів? Зрозуміло, що з виготовлення реактора потрібно використовувати конструкційні матеріали, які поглинають нейтрони. Для оболонок тепловиділяючих елементів (твелів) та каналів у канальних реакторах використовуються цирконій та його сплави. Проте цирконій — дорогий матеріал, його сплави створили спеціально для атомної промисловості. А чому не застосувати, скажімо, сталь? Сталь теж використовується як конструкційний матеріал у ряді енергетичних реакторів, наприклад, в реакторах атомних підводних човнів або в реакторах з рідким металом як теплоносій. Ядерні властивості заліза (основного компонента) та інших компонентів нержавіючої сталі такі, що нейтрони захоплюються сталлю набагато інтенсивніше, ніж цирконієм. В принципі, з цим можна миритися, але якою ціною? Якщо перейти на сталь, то доведеться збільшувати швидкість народження нейтронів – чисельник у формулі (1.1). А як можна збільшити швидкість народження нейтронів? Шляхом підвищення концентрації матеріалу, що ділиться в середовищі або збагачення ядерного палива.
Таким чином, якщо потрібно, щоб реактор потрібних нам розмірів працював, і застосувати замість цирконію сталь, необхідно використовувати паливо вищого.збагачення. Але тоді паливо буде дорожчим. Тому питання про використання цирконію належить не так до нейтронно-фізичного, як до техніко-економічного обґрунтування проекту реактора.
Незважаючи на те, що цирконій дорожчий за матеріал, ніж сталь, застосування його в сучасних енергетичних реакторах виявилося вигіднішим, тому що тоді можна використовувати паливо з низьким збагаченням. Однак для підводних човнів, де набагато складніше підтримувати потрібні якості охолоджувальної води (які впливають на корозійну стійкість твелів) та паливна кампанія значно вища, обраний варіант реакторів зі сталевими оболонками. Сталь як конструкційний матеріал активної зони застосовується також у тих випадках, коли за проектом реактор охолоджується киплячою водою або навіть перегрітою парою. Швидкість шкідливого поглинання нейтронів істотно залежить і від присутності в активній зоні інших матеріалів - насамперед, графіту як сповільнювача нейтронів та води, яка одночасно є і охолоджувачем, і сповільнювачем.
Візьмемо, наприклад, графіт. Це зовсім не той графіт, з якого виготовляють електроди та олівці. У звичайному електродному графіті міститься у вигляді домішок майже вся таблиця Менделєєва – там є домішки бору та рідкісноземельних елементів, які дуже поглинають нейтрони. Сам же графіт слабо поглинає нейтрони, але потрібно розробити спеціальну технологію, щоб створити графіт реакторної чистоти. Тому реакторний графіт – досить дорогий матеріал. Але він потрібний для того, щоб знизити шкідливе поглинання нейтронів.
Крім підвищення чистоти матеріалів, є ще один спосіб впливати на швидкість поглинання нейтронів. Існують так звані важководні реактори. Вони використовуються в основному в Канаді і називаютьсяCANDU (CANadian Deuterium Uranium). Це реактори канального типу, схожі на наші реактори РБМК, але замість графіту як сповільнювача нейтронів у яких використовується важка вода, а канали розміщені горизонтально. Тяжка вода виходить електролізом звичайної води - окис дейтерію D2O міститься у воді у вигляді домішки, що становить соті частки відсотка. Її відділення - дуже дорогий процес, і тому важка вода застосовується як сповільнювач, насамперед у країнах, де багато гідростанцій, тобто. там де дешева електроенергія (у Норвегії, Канаді). Тяжка вода в порівнянні з графітом поглинає нейтрони приблизно раз на п'ятдесят менш інтенсивно. Внаслідок цього канадські реактори можуть використати незбагачене паливо. Звичайна (легка) вода в реакторах типу ВВЕР теж використовується як сповільнювач, але в порівнянні з графітом вона поглинає нейтрони досить інтенсивно. Якщо канадські важководні реактори CANDU можуть працювати на природному урані, легководні реактори вимагають збагаченого урану (РБМК
3-4%). Канадцям не потрібно було розвивати промисловість із поділу ізотопів урану. Якщо зважити на те, що в Канаді багато покладів уранових руд, то умови для мирної ядерної енергетики були там дуже сприятливими.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: