Коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах

Коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах μ — показник, що враховує вплив поділу ядер ²³⁸U швидкими нейтронами на хід ланцюгової реакції в реакторі на теплових нейтронах.

У реакторах на теплових нейтронах з ядерним паливом з низькозбагаченого урану (<5 %) концентрація ²³⁸U у багато разів більша від концентрації ²³⁵U. Поділів ядер ²³⁵U швидкими нейтронами дуже мало, і їх зазвичай не беруть до уваги. Однак число поділів ядер ²³⁸U нейтронами з енергією E_n>1,0 МеВ може бути значним, і вони справляють помітний вплив на хід ланцюгової реакції.

У гомогенній активній зоні ядра ²³⁸U оточені великою кількістю ядер сповільнювача. Нейтрони поділу, проникаючи через оточення, з більшою ймовірністю зазнають зіткнень з легкими ядрами і гальмуються до енергій, нижчих від порога поділу ²³⁸U. Внаслідок цього коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах в гомогенних реакторах мало відрізняється від одиниці.

У гетерогенном реакторі швидкі нейтрони рухаються спочатку в ТВЕЛах серед ядер ²³⁸U. Тому ймовірність зіткнення з ядром ²³⁸U і його поділу в гетерогенному реакторі значно більша, ніж у гомогенному реакторі. Вона залежить від шляху швидкого нейтрона в ядерному паливі, тобто від розмірів ТВЕЛів, концентрації ²³⁸U, а також від кроку решітки а. У товстому ТВЕЛі швидкий нейтрон проходить більший шлях, ніж в тонкому, отже, і коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах у першому випадку більший, ніж у другому. Якщо крок сітки a набагато перевищує довжину розсіювання швидкого нейтрона у сповільнювачі ${\displaystyle \lambda _{S}}$, то більшість швидких нейтронів потрапляє в інший ТВЕЛ, сповільнившись до енергій E_n<1,0 Мев. Тому коефіцієнт μ для сіток з кроком ${\displaystyle a\gg \lambda _{S}}$ визначається тільки розмірами і складом ТВЕЛа. Наприклад, для стрижнів з природного урану радіусом R см

μ ≈ 1 + 1,75× 10⁻²R.

У водо-водяних реакторах ТВЕЛи утворюють тісну решітку (${\displaystyle a\ll \lambda _{S}}$). Таким розташуванням ТВЕЛів зменшують поглинання теплових нейтронів у воді. У тісних решітках нейтрони ділення встигають пройти кілька ТВЕЛів до сповільнення нижче порогової енергії ділення ²³⁸U. Найбільш високий коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах у ВВЕР. Для відношення ядер водню і ²³⁸U N_H/N₈>3 коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах розраховують за наближеною формулою:

μ ≈ 1 + 0,22(N₈/N_H).

Розрахуємо коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах:

1. Для уран-графітової решітки з а=14 см і діаметром стрижня з природного урану 3 см. Довжина розсіювання в графіті λ_S=2,5 див. Тому крок уран-графітового решітки ${\displaystyle a\gg \lambda _{S}}$. Отже, ${\displaystyle \mu =1+1,75\cdot 10^{-2}\cdot 1,5\approx 1,026.}$
2. для ВВЕР з N_H/N₈=5. Коефіцієнт μ для ВВЕР σ=1+0,22·0,2=1,044.

• Коефіцієнт розмноження нейтронів
• Поділ швидкими нейтронами

• Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М. Атомиздат, 1971.
• Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. — М.: Атомиздат, 1979.
• Петунин В. П. Теплоэнергетика ядерных установок. М.: Атомиздат, 1960.