Кинетика ядерного реактора. Физические процессы, сопровождающие работу ядерного реактора, страница 10

Глубину выгорания можно также оценивать по количеству накопившихся осколков деления (см. § 2.3).

Полный расход урана за год для ЯР на тепловых нейтронах электрической мощностью Nэ (МВт), с КПД установки _h=Nэ/N {N - тепловая мощность, МВт), при глубине выгорания В1 (кг/т) и времени работы t (ч/год) определяется на основании соотношений (2.11) и (2.6):

m_u = m_выг + m_ост = m_выг/В1=51 • l0^-6*N_э*t/h* В1 т/год.(2.1.16)                            2.16

Полный расход учитывает все топливо, которое загружается в активную зону для обеспечения заданной кампании: и выгоревшее (m_выг), и оставшееся (m_ост) к концу кампании, но выгружаемое из активной зоны при перегрузке. Если глубину выгорания выражать в мегаватт-сутках на тонну, то

M_u=41*10^-3* N_э*t/h* В т/год.(2.1.17)                                              2.17

Полный расход Рu можно оценивать аналогичным образом, используя (2.1.9).

Экономичность топливного цикла на АЭС при однократном использовании топлива в ЯР характеризует удельный расход ядерного топлива

q_u=(1/24*h* В)*(x-x_отв)/(x-x_отв) г/кВт.ч  (2.1.18)                                        2.18

Для транспортных, например судовых, ЯР важной характеристикой экономичности является расход ядерного топлива на единицу пройденного пути при работе на мощности N (МВт) в течение времени t (ч):

 Q_m=m_выг/s=5.1*10^-2*N*t/u*t=5.1*10^-2*N/u г/км=51*N/u мг/км

где s=u*t пройденное расстояние, км; u -  скорость, км/ч.

Примечание. Числовые коэффициенты в формулах этого параграфа получены при E_f=200 МэВ/дел (см. задачу 1.5.2).

Уменьшение r_зап вследствие выгорания пропорционально количеству разделившихся ядер, т. е. энерговыработке ЯР.

2.2  ВЛИЯНИЕ ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ НА РАБОТУ РЕАКТОРА

 Отравление реактора радиоактивными продуктами деления

При работе реактора в ядерном топливе накапливаются продукты деления. Влияние их на реактивность реактора называется отравлением и зашлаковыванием. При этом обычном отравлением называют влияние на реактивность реактивных продуктов деления, а зашлаковыванием – стабильных. Основную роль в процессе отравления играет ¹³⁵Хе, обладающий исключительно большим сечением поглощения тепловых нейтронов (максимальное сечение среди всех ядер). При делении ²³⁸U и изотопов плутония некоторый вклад в отравление вносит ¹⁰⁵Rh. Имеется еще множество радиоактивных продуктов деления, но их роль в отравлении весьма мала.

В Таблица 2.1 (12.1) приведены основные характеристики ¹³⁵Хе и ¹⁰⁵Rh.

Таблица 2.1 12.1. Характеристики ¹³⁵Хе и ¹⁰⁵Rh.

параметр	135Хе	105Rh
сечение поглощения при Е=Ен, б	2,65 (20)´106	1,60 (15) ´104
резонансный интеграл поглощения, б	7,6 (5)´103	1,7 (3) ´104
период полураспада, ч	9,083	35,36
период полураспада предшественника, ч	6,61	4,4
выходы цепочки при делении, %:
тепловыми нейтронами 233U	6,01 (34)	0,55 (11)
тепловыми нейтронами 235U	6,58 (13)	0,98 (4)
нейтронами спектра деления 238U	6,71 (39)	3,5 (4)
тепловыми нейтронами 239Pu	7,14 (29)*	5,5 (5)
тепловыми нейтронами 241Pu	7,47 (53)	6,2 (3)
независимый выход 135Хе, % выхода цепочки:
233U	23	-
235U	8,5	-
238U	4,9	-
239Pu	17,5	-
241Pu	3,8	-
*полный выход 7,18%; выход 135Cs – 0,04 %.

¹³⁵Хе имеет резонансный уровень со следующими параметрами Е_g=0,084 (10) эВ; 2gГ_n=25,7 (3)´10^-3 эВ; Г_g=90,7 (7)´10^-3 эВ; s_g (Е_g)=2,97´10⁶ (если g=5/8). На рис. 12.1 приведены зависимости сечения поглощения ¹³⁵Хе от энергии нейтронов (точка – значение s_g (Е_н)), среднего сечения по чисто максвелловскому спектру от эффективной температуры Е_т и g-фактора также от Е_т. Видно, что при энергии 0,2-0,3 эВ сечение поглощения на порядок меньше, чем сечение в области 0,02-0,03 эВ. Максимум в сечении приводит к тому, что с ростом Е_т сначала g растет, а затем падает, т.е. сечение ¹³⁵Хе при малых энергиях падает медленнее, чем по закону 1/v, а затем – быстрее (если сечение подчиняется закону 1/v, то g=1).