Теория ядерных реакторов - Белл Д.
Скачать (прямая ссылка):
уран, тщательное изучение резонансного поглощения оказывается очень важным 121. Кроме того, резонансное поглощение изменяется с температурой топлива из-за доплеровского уширения резонансов. Результирующая температурная зависимость реактивности в этом случае часто является одной из определяющих характеристик при регулировании реактора. По этим причинам в настоящей главе рассмотрены физические основы влияния резонансного поглощения на критичность, а также методы учета этих эффектов при проектировании реакторов.
Ярко выраженная резонансная структура в зависимости сечений от энергии нейтронов приводит к соответствующей тонкой структуре в потоке нейтро-
* В резонансной области существует и некоторое прямое иерезоиаисиое поглощение, ие включающее в себя образование составного ядра. Одиако практически оио не имеет значения, хотя и представляет теоретический интерес [1].
309
нов. Обычно при энергиях, характеризующихся сильными резонансами поглощения или рассеяния, наблюдаются провалы потока нейтронов. Эта тонкая структура должна, конечно, учитываться при определении групповых сечений,, использующихся в многогрупповых расчетах, аналогичных тем, которые описаны в гл. 4.
Детальные, зависящие от энергии ядерные сечения, необходимые для расчета потока нейтронов и групповых констант, нельзя просто взять из экспериментальных данных. Одна из причин этого состоит в том, что при измерении нейтронных сечений в лабораторных условиях экспериментальное разрешение сечений по энергии оказывается недостаточным для получения необходимого подробного описания изменения сечений с энергией. Исключение составляет лишь интервал низких энергий резонансной области.
Даже при достаточно ннзких энергиях, которые известны как область разрешенных резонансов, экспериментальные результаты обычно лучше представлять с помощью некоторых параметров резонансов (энергия резонанса,, его амплитуда и ширина), чем в виде зависящих от энергии сечений. Затем на основе теоретической модели с помощью этих резонансных параметров получаются необходимые сечения. В некоторых случаях, например при описании поглощения нейтронов ураном-238, это приближение имеет особое преимущество, так как резонансные параметры можно вывести из экспериментальных значений полного сечения, а затем использовать теоретические методы для получения сечения реакции (п, у), которое трудно измерить непосредственно.
На практике область разрешенных резонансов зависит от природы рассматриваемого элемента. Когда расстояние между резонансами велико, то онн могут быть разрешены до значительно более высоких энергий, чем в случае близко расположенных резонансов. В настоящее время область разрешенных резонансов распространяется до нескольких килоэлектронвольт для сырьевых изотопов и примерно до 50 эв для важнейших делящихся изотопов.
При более высоких энергиях нейтронов невозможно достигнуть соответствующего разрешения отдельных резонансов. Экспериментальные сечения в этом случае представляют собой усредненные по нескольким (или многим) резонансам данные. В этой области неразрешенных резонансов, для того чтобы получить детальную картину резонансной структуры, необходимо использовать теоретические методы. Когда поглощение нейтронов в этой области существенно, как в случае быстрых реакторов, необходимость полагаться на теоретические исследования при выводе сечений имеет важные следствия (см. разд. 8.2.1 и далее).
Еще одна причина, которая делает нежелательным использование измеренных в резонансной области зависящих от энергии сечений, связана с наличием эффекта Доплера. Резонансы уширяются в результате теплового движения ядер. Это движение зависит от температуры поглощающей среды и от связи ядер в молекулах. Подход, развитый в гл. 7, можно обобщить для описания теплового движения ядер, однако, как видно в разд. 8.1.4, обычно достаточным оказывается предположение о том, что распределение скоростей ядер описывается максвелловским законом.
Доплеровское уширение резонансов оказывает важное влияние на реактивность системы и, в частности, на ее температурный коэффициент. Хотя можно показать (см. разд. 8.1.4), что площадь под резонансным пиком существенно не зависит от температуры, уширение резонанса уменьшает соответствующий провал потока нейтронов. В результате возрастает произведение сечения и потока нейтронов, которое определяет вероятность поглощения нейтрона и содержится в групповых сечениях. Более подробно этот вопрос рассмотрен ниже (см. разд. 8.3.1), а пока можно отметить, что возрастание температуры поглощающего материала всегда приводит к доплеровскому уширению резонансов и к увеличению резонансного поглощения.
Для учета влияния доплеровского уширения на реактивность и другие свойства реактора основные сечения в резонансной области, прежде чем использовать их при расчете групповых констант, должны быть выражены соответст-
310
.вующим образом, чтобы с их помощью можно было рассчитать уширение резонансных уровней. Нельзя непосредственно измерить температурную зависимость сечений, т. е. действительное доплеровское уширение, но его можно относительно просто учесть в сечениях, которые выводятся из экспериментальных или теоретических резонансных параметров.
