Общие начальные рассуждения

ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ В РЕАКТОРЕ И ЕГО РАЗМНОЖАЮЩИЕ СВОЙСТВА

Общие начальные рассуждения

При рассмотрении нейтронного цикла теплового реактора в п.3 была получена зависимость эффективного коэффициента размножения от характе­ристик отдельных сторон нейтронного цикла:

k_э = h e j q p_зp_т.

Из шести сомножителей правой части этой формулы величиной, не­посредственно связанной с процессом замедления нейтронов в реакторе, является величина p_з - вероятности избежания утечки замедляющихся нейтронов.

Вероятность избежания утечки замедляющихся нейтронов - это доля нейтронов, избежавших утечки из активной зоны при замедлении, от всех нейтронов поколения, начавших процесс замедления в активной зоне.

Первый вопрос, естественно возникающий в начале изучения новой для нас величины: какие факторы определяют эту величину?

Обращаясь к житейскому опыту, можно предположить что величина p_з явно должна зависеть от:

- геометрии активной зоны (то есть от её формы и размеров);

- каких-то физических свойств композиции материалов активной зоны реактора.

Первое предположение не только интуитивно, оно имеет и некоторое логическое обоснование, которое выглядит приблизительно так.

Быстрые нейтроны деления рождаются во всём объёме активной зоны, а утечку за пределы активной зоны могут испытывать лишь нейтроны, за­медляющиеся в пределах ограниченного слоя вблизи границ активной зоны. Следовательно, чем больше размеры активной зоны, тем меньшую часть общего объёма активной зоны будет составлять та его периферийная часть, из которой происходит утечка замедляющихся нейтронов, и тем выше должна быть величина вероятности избежания утечки замедляющихся нейтронов.

Понятно, что с возрастанием размеров активной зоны до очень боль­ших величин доля утекающих из неё замедляющихся нейтронов устремляется к малым величинам (в пределе - к нулю при бесконечном возрастании раз­меров). Значит, величина вероятности избежания утечки замедляющихся нейтронов из активной зоны бесконечных размеров равна единице.

Подобное рассуждение вполне уместно для активной зоны любой гео­метрической формы: как для самой простой сферической, так и для наибо­лее распространённой в энергетических реакторах активной зоны цилинд­рической формы. Логический результат будет принципиально тот же, за исключением разве что одного: распределение вероятности избежания утечки замедляю­щихся нейтронов по поверхности цилиндрической активной зоны (в отличие от сферической) существенно неравномерно. Например, в углах продольно­го сечения цилиндрической активной зоны нейтронам представлены большие возможности для утечки из активной зоны, чем посреди боковой цилиндри­ческой поверхности, а на цилиндрической части поверхности - большие возможности, чем в центральной части плоских ее торцов.

А раз распределение вероятности по поверхности активных зон зависит от их формы, значит, и сама величина вероятности p_з за­висит от формы активной зоны.

Приведенные простые рассуждения ценны ещё одним: они вплотную под­водят к мысли о том, что p_з определяется не только геометрией активной зоны, но и какими-то физическими свойствами среды активной зоны. Поскольку толщина слоя любой заданной формы, из которого происходит утечка замедляющихся нейтронов, может определяться только природными свойствами среды этого слоя.

Для нормального человека это очевидно, хотя и порождает неизбежный уточняющий вопрос: какие именно физические свойства материальной среды активной зоны имеются в виду?

Ведь у каждого конкретного вещества физических свойств много: те­плоёмкость, плотность, теплопроводность, вязкость, магнитная проницае­мость, поглощающая способность, рассеивающая способность... Всё это разные физические свойства, характеризующие каждое конкретное вещество с различных физических точек зрения, и каждое из этих свойств имеет свою количественную меру.

Очевидно, речь должна идти о каких-то замедляющих свойствах среды активной зоны, характеризующих её свойство в той или иной степени быс­тро замедлять нейтроны. Чем быстрее замедляющийся нейтрон превращается в тепловой, тем меньшее смещение в пространстве среды он испытывает, и тем меньше у него возможностей оказаться за пределами активной зоны во время замедления. Иными словами, как показывают приведенные рассужде­ния, из всех замедляющих свойств среды важнейшую роль должна играть её способность давать определенное среднее смещение нейтрона в ней в те­чение процесса замедления.

Средняя длина замедления среды (lз) - это осреднённая для всех замедляющихся нейтронов величина пространственного смещения их за время замедления (т.е. от точки рождения быстрого нейтрона до точки, где он замедляется до теплового уровня).

Следует подчеркнуть, что l_з - характеристика не нейтронов, а среды, вещества, так как с позиций грамматики термин "средняя длина заме­дления нейтронов в среде" звучит немного обманчиво. (Обычно, когда мы говорим, например: "средняя скорость самолета Ту-154 равна 960 км/час", - нам ясно, что характеристика "скорость" относится к однозначно опре­делённому объекту - самолету Ту-154. В данном же случае, когда мы слы­шим: "средняя длина замедления нейтронов", - по аналогии чисто грамма­тического свойства может показаться, что речь идёт о характеристике нейт­ронов, тогда как это - характеристика среды, отражающая её способность давать строго определённое среднее пространственное смещение нейтронов в процессе их замедления.).

Итак, p_з = f (геометрии а.з.; замедляющих свойств среды а.з.).

Но так как любое из физических свойств должно иметь свою количес­твенную меру, то эту логическую зависимость можно переписать так:

р_з = ¦(какого-то геометрического параметра а.з.; какой-то характеристики замедляющих свойств среды а.з.) (5.1.1)