Вероятность избежать резонансного захвата в процессе замедления j

В реакторах на тепловых нейтронах основным резонансным поглотителем замедляющихся нейтронов является ²³⁸U, у которого микроскопическое сечение поглощения имеет много резонансных пиков. В среде, состоящей из замедлителя и ²³⁸U, вероятность избежать резонансного поглощения нейтрона определяется двумя процессами: поглощением ядрами ²³⁸U нейтронов резонансных энергий и рассеянием нейтронов резонансных энергий на ядрах замедлителя, которое сохраняет нейтроны в среде, так как выводит их из области резонансных энергий. Первый процесс характеризуется эффективным макроскопическим сечением поглощения ²³⁸U. Поскольку резонансная область покрывает большой диапазон энергий, то сечение поглощение в ней заменяется резонансным интегралом по этой области. Во всем объеме, занимаемом топливом:

S_aэф = r₈ *I⁸_а,эф *V_u, (4.6)

где: V_u - объем занимаемый топливом;

I⁸_а,эф - эффективный резонансный интеграл, характеризующий вероятность поглощения замедляющихся нейтронов в резонансном диапазоне энергий, он имеет смысл эффективного микроскопического сечения поглощения. Эффективный резонансный интеграл зависит от температуры среды и от гетерогенного размещения топлива. Он является обобщением т.н. «бесконечного резонансного интеграла» урана-238 I⁸_а,¥, который по определению не зависит от температуры и гетерогенности среды, он определен для комнатной температуры и бесконечного разбавления топлива замедлителем на спектре Ферми I^U8_а,¥ = òs_a^U(E)*dE/Eи равен I⁸_а,¥ =270 барн.

Второй процесс определяется замедляющей способностью замедлителя V_зам r_зам( xs)^зам_s во всем объеме V_зам, занимаемом замедлителем.

Вероятность избежать резонансного захвата в процессе замедления представляется в виде:

j = exp (- y)=exp(- V_u r ₈I⁸_a,эф/(V_зам r_зам( xs)^зам_s), ) (4.7)

где y = V_u r ₈I⁸_a,эф/(V_зам r_зам( xs)^зам_s),

В гомогенной активной зоне топливо и замедлитель занимают весь объем активной зоны, т.е. V_зам=V_u=V и y = N₈I_эф/(N _зам( xs)^зам_s). Значение I⁸_a,эфзависит от концентрации ²³⁸U и взаимного расположения топлива и замедлителя.

При одинаковом составе материалов в активной зоне (одинаковом отношении чисел атомов замедлителя и урана в активной зоне) вероятность избежать резонансного захвата будет существенно больше в гетерогенной активной зоне, чем в гомогенной. Это объясняется следующими причинами: во-первых, в гетерогенной активной зоне большая часть нейтронов, замедляясь в замедлителе, проходит резонансную область энергий вдали от ядер ²³⁸U и, естественно, почти не поглощается ими; во- вторых, в гетерогенной активной зоне имеет место значительная самоэкранировка топлива. Резонансные нейтроны, попадая на поверхность твэлов, практически полностью поглощаются в тонком поверхностном слое и не доходят до ядер ²³⁸U, расположенных внутри твэла.

Влияние свойств замедлителя на значение y проявляется через замедляющую способность xS _s. Из (4.7) следует, что чем больше величина xS_s, т.е. чем интенсивнее нейтроны выводятся из резонансной области, тем больше вероятность избежать резонансного захвата.