ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Цепная реакция деления из "Ядерная физика " Как мы увидим в следующем параграфе, управляемая цепная реакция деления практически осуществима на трех различных изотопах. Это два изотопа урана и а также изотоп плутония Первый из этих изотопов имеется в природе, а остальные два можно изготовлять искусственно в промышленных масштабах. [c.565] Время жизни т одного поколения сильно зависит от свойств среды и имеет порядок от до 10 с. Из-за малости этого времени для осуществления управляемой цепной реакции надо с большой точностью поддерживать равенство = 1, так как, скажем, при к = 1,01 система почти мгновенно взорвется. Посмотрим, какими факторами определяются коэффициенты йоо, k. Нетрудно понять, что таких факторов имеется три для ft o и четыре для к. [c.566] Прежде всего, для того чтобы размножение происходило, необходимо, чтобы при реакции деления (п, f) в достаточном количестве выделялись нейтроны. Поэтому первой величиной, определяющей коз (или к), является среднее число v нейтронов, испускаемых в одном акте деления. Число v зависит от вида горючего и от энергии падающего нейтрона. В табл. 11.1 приведены значения v основных изотопов ядерной энергетики как для тепловых, так и для быстрых Е = 1 МэБ) нейтронов. [c.566] Величина т], конечно, тоже зависит от вида горючего и от энергии нейтронов. Значения т] для важнейших изотопов для тепловых и быстрых нейтронов приведены в той же табл. 11.1. Величина является важнейшей характеристикой ядер горючего. Цепная реакция может идти только при 1. Качество горючего тем выше, чем больше значение т). [c.567] В делящейся среде конечных размеров часть нейтронов будет уходить из активной зоны наружу. Поэтому коэффициент k зависит еще от вероятности Р для нейтрона не уйти из активной зоны. [c.567] Величина Р зависит от состава активной зоны, ее размеров, формы, а также от того, в какой степени окружающее активную зону вещество отражает (конечно, некогерентно, см, гл. X, 4, п. 4) нейтроны. [c.567] Эти две реакции открывают реальную возможность воспроизводства ядерного горючего в процессе течения цепной реакции. В идеальном случае, т. е. при отсутствии ненужных потерь нейтронов, на воспроизводство может идти в среднем т) — 1 нейтронов на каждый акт поглощения нейтрона ядром горючего. [c.568] И поэтому замедляют плохо (см. гл. X, 4). Соответствующие цепные реакции называются быстрыми (подчеркнем, что эпитеты быстрый и медленный характеризуют скорость нейтронов, а не скорость реакции). Цепные реакции, в которых нейтроны замедляются до энергий от десятков до одного кэВ, называются промежуточными. Промежуточные реакции пока не приобрели большого практического значения, поскольку для промежуточных нейтронов величина г) меньше, чем для быстрых и тепловых. Поэтому мы рассмотрим только тепловые и быстрые реакции. [c.570] Другим преимуществом быстрых реакций является более высокий коэффициент воспроизводства. [c.571] Время жизни одного поколения нейтронов для быстрой реакции на несколько порядков меньше, чем для тепловой. Поэтому скорость протекания быстрой реакции может заметно измениться через очень короткое время после измерения физических условий в активной зоне. При нормальной работе реактора этот эффект несуществен, поскольку в этом случае режим работы определяется, как мы увидим в п. 13, временами жизни запаздывающих, а не мгновенных нейтронов. [c.571] Это означает, что 100 тепловых нейтронов, поглотившись в естественной смеси, создадут 132 новых нейтрона. Отсюда прямо следует, что цепная реакция на медленных нейтронах в принципе возможна на естественном уране. В принципе, потому что для реального осуществления цепной реакции надо уметь замедлять нейтроны с малыми потерями. [c.572] В заключение этого пункта обратим внимание на то, что коэффициент т) (см. (11.19)) меньше единицы всего лишь в три раза, о дает основание предполагать, что цепная реакция возможна и на изотопах, не делящихся медленными нейтронами, но имеющих низкий эффективный порог деления. Таким изотопом может оказаться ядро плутония в4Рч . для которого эффективный порог деления равен приблизительно 400 кэВ. [c.573] Размеры блоков замедлителя и урана ограничены сверху тем, что расстояние от любой точки блока до его границы в уране должно быть меньше длины замедления УЧ, а в замедлителе—меньше длины диффузии L (см. гл. X, 4). Реально оказывается, что при оптимальном подборе блоков в гетерогенной среде реакцию осуществлять легче, чем в гомогенной, так как выигрыш за счет увеличения р с избытком компенсирует проигрыш за счет уменьшения /. Так, на естественной смеси изотопов урана гомогенную цепную реакцию можно осуществить только с самым высококачественным замедлителем — тяжелой водой. Но гетерогенная реакция на естественной смеси возможна и при использовании менее качественного замедлителя — графита, от факт сыграл решающую роль в возникновении ядерной энергетики, так как впервые управляемая реакция деления была осуществлена именно в уран-графитовой гетерогенной системе (Э. Ферми с сотр., 1942 И. В. Курчатов с сотр., 1946). [c.575] Первые три сомножителя мы уже рассматривали в пп. 2—10. Величина е называется коэффициентом размножения на быстрых нейтронах. Этот коэффициент вводится для того, чтобы учесть, что часть быстрых нейтронов может произвести деление, не успев замедлиться. По Свфему смыслу коэффициент е всегда превышает единицу. Но это превышение обычно невелико. Типичным для тепловых реакций является значение е = 1,03. Для быстрых реакций формула четырех сомножителей неприменима, так как каждый коэс и-циент зависит от энергии и разброс по энергиям при быстрых реакциях очень велик. [c.575] Величина Т лежит в пределах 10 —10 с для медленных реакций и 10 —10 с для быстрых. Отсюда видно, что даже в самом благоприятном для управления случае Т = 10 с количество нейтронов возрастет в сто раз при k—1 = 10 за 4,6 с, а при k—1 = = 10 за 0,46 с. Но увеличение интенсивности реакции в 100 раз ведет к перегреву установки и выходу ее из строя. Для быстрых реакций перегрев развивается значительно быстрее и поэтому еще более опасен. [c.576] Из (11.31) видно, что при небольшой степени надкритичности скорость нарастания интенсивности цепной реакции вообще не зависит от времени жизни одного поколения нейтронов и определяется только запаздывающими нейтронами. Поскольку величина ТзР имеет порядок 5-10 с, то ясно, что наличие запаздывающих нейтронов по крайней мере на два порядка снижает скорость нарастания интенсивности. Например, при k — 1 = 10 за 0,5 с число нейтронов увеличится уже не в сто раз (см. выше), а лишь на 10%. [c.578] Таким образом, наличие запаздывающих нейтронов решающим образом упрощает проблему регулирования скорости протекания цепной реакции, причем не только на медленных, но и на быстрых нейтронах. [c.578] Вернуться к основной статье