Контроль работы энергетического ядерного реактора, страница 5

2.2   Материалы органов регулирования

Ядерные свойства материала органа регулирования — одна из главных его характеристик. Основная функция активного элемента органа регулирования — поглощение нейтронов, как уже указывалось, требует применения материалов, обладающих возможно большим сечением захвата нейтронов при тех энергиях» которые присущи большей части нейтронов в активной зоне реактора. С этой, точки зрения выбор материала-поглотителя для реакторов на быстрых и на тепловых нейтронах не идентичен. Например, в реакторах на быстрых нейтронах эффективность кадмия как поглотителя нейтронов не превышает эффективности большинства других конструкционных материалов.

В общем случае поглощение нейтронов может происходить в результате реакций захвата нейтрона с излучением у-квантов - реакция (n, у) — и захва­та нейтрона с испусканием а-частиц-реакция (n, а). Последняя реакция со­провождается выделением большого количества тепла, поэтому к выбору мате­риала регулирующего стержня надо подходить с учетом этого тепловыделения, а так же обусловленного торможением продуктов ядерной реакции в стержне

Материалы-поглотители должны удовлетворять следующим требованиям.

 1. Обеспечивать постоянную эффективность органа регулирования при дли­тельной .работе его в активной зоне реактора. На первый взгляд это требование может показаться невыполнимым, поскольку поглотитель выгорает. Однако это не так. Геометрические размеры поглотителя и плотность ядер элемента-погло­тителя в нем выбираются такими, что орган регулирования представляет собой для нейтронов абсолютно черное тело, т. е. нейтроны данной энергии не про­никают вглубь, а поглощаются только поверхностными слоями поглотителя. По мере выгорания поверхностных слоев органа регулирования нейтроны полу­чают возможность проникать все глубже и глубже. Изменение эффективности поглощения органа регулирования в этом случае зависит только от изменения геометрических размеров.

  2. Обеспечивать постоянство размеров и механических характеристик. Под действием нейтронов в поглощающем материале происходят ядерные реакции, в результате которых возникают новые элементы, вследствие чего:

а) изменяются плотность и геометрические размеры детали, выполненной из материала-поглотителя, причем особенно сильно это проявляется, если в резуль­тате ядерной реакции в твердом поглотителе возникает газообразный элемент. В этом случае происходит распухание материала, которое может привести к недопустимым изменениям формы и размеров детали. Распухание материала-поглотителя должно учитываться при конструировании органов регулирования. Например, должны быть предусмотрены необходимые зазоры в конструкции ор­гана регулирования.

Таблица 1‑1 (8.1.) Характеристики некоторых поглощающих материалов