Выгорание ядерного топлива. Классификация ядерных реакторов. Принципиальная схема ядерного энергетического реактора. Термоядерные реакторы. Теплообменный аппарат ядерных энергетических установок, страница 12

Деление составного ядра. Все изотопы тория, урана, а также получаемые искусственно изотопы нептуния, плутония и других трансуранов, способны к делению. Этот процесс энергетически выгоден, так как средняя энергия связи нуклонов в ядрах-продуктах больше, чем средняя энергия связи в тяжелых ядрах. Однако, прежде чем разделиться ядру, которое можно представить как каплю заряженной жидкости, надо преодолеть фазу растяжения. В этой фазе связывающие нуклоны ядерные силы обуславливают огромные силы поверхностного натяжения, препятствующие делению ядра на части. Именно поэтому спонтанное деление ядра так маловероятно: для того, чтобы оно осуществилось ядро должно преодолеть высокий потенциальный барьер за счет туннельного эффекта. Для возбужденных состояний высота потенциального барьера соответственно ниже и проникновение через барьер более вероятно. Если возбуждение достаточно велико, потенциальный барьер вообще становится несущественным и деление происходит с вероятностью, сравнимой с вероятностью испускания фотона или нейтрона

Ядра ²³³U , ²³⁵U , ²³⁹U, ²⁴¹Pu делятся под действием нейтронов даже самых низких энергий.

Ядра ²³²Th, ²³⁴U, ²³⁶U, ²³⁸U, ²⁴⁰Pu, ²⁴²Pu делятся практически только под действием достаточно быстрых нейтронов.

Деление ядра происходит, как правило, на две неравные части. При этом возможно множество различных способов разделения ядра. Образующиеся при делении ядра осколки оказываются сильно перегруженными нейтронами. Отношение N/Z для них настолько превышает допустимое для стабильности, что осколки оказываются возбужденными выше энергии связи нейтрона и практически мгновенно, еще на лету, испускают "лишние" нейтроны. Среднее число этих мгновенных нейтронов составляет при делении ²³⁵U-2,41; при делении ²³⁹Pu-2,85 нейтрона на деление.

Образующиеся после испускания мгновенных нейтронов ядра хотя и не могут уже испустить еще один нейтрон (так как для них М(А,Z) < М(А-1,Z)), неустойчивы по отношению к - распаду (так как для них М(А,Z) > М(А,Z+1). Образующиеся при бета-распадах осколков ядра также оказываются бета-активны, так что каждый продукт деления испытывает целую цепочку бета-распадов, прежде чем образуются стабильные ядра.

В некоторых цепочках бета-распадов могут образовываться ядра, возбужденные выше энергии связи нейтрона. Такие ядра немедленно после своего образования испускают нейтроны, называемые запаздывающими нейтронами деления (см.рис.2). Задержка их испускания равна суммарному времени жизни всех ядер-предшественников. Запаздывающие нейтроны составляют небольшую долю от общего числа нейтронов деления (при делении ²³⁵U- 0,68%, при делении ²³⁹Pu- 0,21%). Среднее время запаздывания 2,5 с.

Неупругое рассеяние. Если энергия возбуждения ядра превышает энергию связи нейтрона на величину, большую энергии первого возбужденного состояния ядра-мишени, то после испускания нейтрона ядро может остаться не только в основном (как при упругом рассеянии), но и в первом возбужденном состоянии.

 Если энергия нейтрона превышает энергию связи нейтрона в ядре-мишени, кроме неупругого рассеяния становится возможной реакция (n,2n), при которой ядро, образующееся при неупругом рассеянии, испускает еще один– второй– нейтрон. Поскольку энергетический порог реакции (n,2n), как правило, превышает 5–7МэВ, лишь небольшая доля нейтронов деления способна вступать в эту реакцию. Поэтому реакция (n,2n) и другие реакции с множественным испусканием частиц–(n,n΄α), (n,n΄р) и т.п., как правило, не играют заметной роли в физике ядерных реакторов деления.

Система управления и защиты ядерного ректора (ЯР).

Система управления и защиты (СУЗ) ядерного ректора включает в себя:

·  систему автоматического регулирования мощности реактора;

·  систему компенсации реактивности;

·  аварийную защиту;

·  пусковую систему.

Основные элементы системы регулирования – детекторы резервной нейтронной мощности, приборы контроля и преобразования сигналов, блоки питания, ключи управления, сервоприводы, регулирующие стержни.