РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ В АКТИВНОЙ ЗОНЕ

Фактически любая активная зона окружена отражателем, т.к. любые вещества за пределами активной зоны являются рассеивающими материалами, т.е. являются отражателями, т.к. рассеяние на углы более 90^о и есть отражение назад, т.е. возвращение утекающих из активной зоны нейтронов обратно. Если критический размер отсчитывать от центра активной зоны и у реактора без отражателя обозначить R_o, а с отражателем – R, то R_o>R, а разность

(6.1)

есть выгода отражателя. Действительно, объем активной зоны реактора с отражателем меньше объема активной зоны без отражателя на объем наружного слоя толщиной δ. За пределами активной зоны сразу располагается отражатель, так как часть объема активной зоны реактора без отражателя заменяется веществом отражателя.

Рис. 6.4. Распределение нейтронов в легководном реакторе с отражателем.

В реакторе с отражателем нейтронный поток обращается в нуль на границе отражателя с пустотой при r=R_отр (см. рис. 6.4). На рисунке Ф_т и Ф_зам – потоки тепловых и замедляющихся нейтронов, пространственное распределение которых представлено относительно своего значения в центре Ф_о. Толщина отражателя обозначена буквой Δ. Толщина слоя δ, замещенная отражателем, определяется потоком нейтронов, образовавшимся на границе новой активной зоны и отражателя.

При равномерном распределении топлива и замедлителя в активной зоне поток нейтронов в центре работающего ядерного реактора всегда больше, чем на ее периферии. Отношение максимального потока нейтронов центре активной зоны к усредненному по всей активной зоны потоку называется коэффициентом неравномерности χ, причем χ>1. Поскольку скорость делений и энерговыделение пропорциональны потоку нейтронов, снимаемая с активной зоны реактора мощность в χ раз меньше максимально возможной при условии достижения максимального потока нейтронов во всем объеме активной зоны. Применение отражателей нейтронов на внешней границе активной зоны позволяет повысить поток нейтронов на периферии активной зоны, снижает коэффициент неравномерности χ , и, следовательно, повышает среднюю энергонапряженность единицы объема активной зоны. Однако, этот выйгрыш невелик в реакторах с большими критическими размерами.

Более радикальный способ выравнивания потока нейтронов в объеме активной зоны состоит в понижении k_o (коэффициента размножения нейтронов для бесконечной среды) в ее центральной части до k_o=1. Понятно, что критические размеры активной зоны с такой центральной частью станут больше исходной. Распределение потока нейтронов в активной зоне реактора в таком случае будет иметь вид, изображенный на рис. 6.5.

Критический размер R’ больше базового R_б, но зато коэффициент неравномерности ближе к единице, а значит снимаемая мощность с единицы объема активной зоны – больше.

Рис. 6.5. Распределение потока нейтронов с выравненной активной зоной

Реализация приведенного на рис. 6.5. распределения коэффициента размножения нейтронов требует неравномерного распределения делящегося материала. В области R_б-R’ достижение k_o>1 требует увеличения концентрации делящящегося материала в активной зоне. Практически это достигается загрузкой свежего топлива на периферию активной зоны реактора и движение выгорающего топлива к центру вплоть до его выгрузки.