Теория ядерных реакторов - Белл Д.
Скачать (прямая ссылка):
Еще одна возможность улучшения согласия расчетных и экспериментальных результатов связана с тем, что в сборке «Джезебел» спектр нейтронов смещен в область более высоких энергий по сравнению со спектром сборки «Топси». Поэтому если увеличить сечение деления урана-238 при высоких энергиях и сечение реакции (п,у) при низких энергиях, то можно почти полностью исключить различие между экспериментальными и расчетными эффектами реактивности.
8 Зак. 577
225
В желательности проведения таких изменений можно убедиться, варьируя в пределах экспериментальных погрешностей соответствующие сечения урана-238 и определяя влияние на реактивность небольших образцов из урана-238, вводимых в центральную часть сборок «Джезебел», «Топси», и др. Модифицированные сечения можно, кроме того, проверить, используя их для оценки эффективных коэффициентов размножения в системах, содержащих значительные количества урана-238.
На основании представленных выше материалов можно сделать общие выводы о том, что конкретная библиотека ядерных данных, используемая в расчетах, оказывается достаточно хорошей для нейтронов высоких энергий, например En ^ 0,1 Мэе. Однако результаты расчетов реактивности указывают на возможность ошибок в некоторых сечениях. Таким образом, данные, используемые при расчетах и проектировании ядерных реакторов, особенно быстрых, необходимо постоянно переоценивать в свете новых измерений микроскопических сечений или на основе результатов интегральных экспериментов с критическими сборками. В этой связи «показательные» эксперименты, т. е. измерения высокой точности на критических сборках, обеспечивают возможность интегральной проверки как ядерных данных, так и расчетных методов. Особенно важно то, что в этих исследованиях используются разные критические сборки и проводятся самые различные измерения. В данном рассмотрении были выделены эффекты реактивности, однако существуют и другие возможности сравнения экспериментальных и расчетных данных; некоторые из них отмечались в разд. 5.4.4.
Более подробно они изложены в работах, ссылки на которые приведены в настоящей главе.
Другие эффекты реактивности. Помимо возможности оценки ядерных данных результаты табл.6.1 позволяют сделать и некоторые другие, представляющие интерес выводы. Можно отметить, например, что в случае, когда доминирующее влияние на реактивность в центре сборки оказывают деление или поглощение нейтронов в таких образцах, как бор-10, делящиеся и сырьевые изотопы, то изменения реактивности оказываются значительно большими в сборках, содержащих в качестве топлива уран-233 и плутоний-239, чем в тех, где используется уран-235. Основная причина этого состоит в том, что доллар (или цент) реактивности стоит больше в уране-235 из-за большего по сравнению с другими делящимися материалами значения |3 (см. табл. 6.1). Если учесть эти различия в значениях |3, то можно установить, что абсолютные изменения реактивности для данного образца не сильно различаются в разных сборках.
Для определенного делящегося материала активной зоны образец, помещенный в центр небольшой сборки, такой, как «Джезебел», имеет больший абсолютный эффект реактивности, чем в системах больших размеров, таких, как ZPR —III 48.
Поглощающий материал, например бор-10, приводит к отрицательному эффекту реактивности, в то время как делящиеся материалы создают положительный эффект. Эффект сырьевых материалов, таких, как торий-232 или уран-238, состоит из положительного вклада делений, вызываемых высокоэнергетическими нейтронами, и отрицательного вклада поглощений нейтронов более низких энергий. Для тория-232 результирующий эффект оказывается отрицательным для всех рассматриваемых сборок, в то время как для урана-238 результирующий эффект положителен в сборках, где спектр нейтронов смещен в область быстрых энергий, но отрицателен в сборках с нейтронами более низких энергий, например, в сборке ZPR — III 48. .
Для слабо поглощающих легких ядер, таких, как водород, дейтерий, бериллий, углерод и натрий, эффекты реактивности в центре сборки обусловлены главным образом замедлением нейтронов при упругом рассеянии. Положительный или отрицательный характер результирующего эффекта зависит от того, уменьшается или возрастает ценность нейтронов с изменением
226
энергии. Из табл. 6.1 очевидно, что в сборках, использующих в качестве топлива уран-233 или уран-235, изменение реактивности при введении в центр сборки замедлителя положительно, т. е. ценность рассеянных нейтронов (имеющих более низкую энергию) обычно выше, чем ценность попадающих в замедлитель нейтронов (имеющих более высокую энергию).
Для сборок «Джезебел» и ZPR — III 48, использующих в качестве топлива плутоний-239, эффекты реактивности дейтерия, углерода и натрия отрицательны, что указывает на большую ценность нейтронов высоких энергий. Основная причина такого поведения реактивности состоит в том, что по сравнению с другими делящимися ядрами у плутония-239 наблюдается более заметное уменьшение с энергией отношения сечении захвата и деления (рис. 6.4). Кроме того, имеется небольшое возрастание сечения деления при энергиях нейтронов ~ 1 Мэе.
