Цепная ядерная реакция (ЦР)

Цепная ядерная реакция (ЦР)– это реакция деления ядер урана и плутония нейтронами, рождающимися при делении. Необходимое условие протекания самоподдерживающейся ЦР – рождение в каждом очередном акте деления не менее одного нейтрона. Достаточность этого условия зависит от исхода конкуренции четырех процессов, имеющих место в размножающей среде (среде содержащей нуклиды ядерного топлива):

- деление ядер топлива;

- радиационный захват в топливе;

- радиационный захват нейтронов конструкционными материалами активной зоны и неделящимися компонентами топлива;

- утечка (вылет) нейтронов за пределы размножающей среды.

В общем случае скорость генерации тепловых нейтронов может отличаться от скорости поглощения и утечки:

ЦР возможна только в том случае, если хотя бы один из родившихся при делении ядра нейтронов снова произведет деление. Количественная характеристика возможности осуществления ЦР – эффективный коэффициент размножения (k_эф), представляющий собой отношение числа нейтронов n₂ (или делений ядер) в данном поколении к числу нейтронов n₁ (или делений ядер) в предыдущем поколении:

,

(1.25)

или из уравнения баланса его можно определить, как отношение числа нейтронов, возникших от всех актов деления в единицу времени, к числу всех поглощенных нейтронов в единицу времени и вышедших из реактора:

.

При , состояние реактора называется критическим.

При , - происходит увеличение плотности нейтронов. Такое состояние реактора называется надкритическим.

При , - происходит уменьшение плотности нейтронов. Такое состояние называется подкритическим.

В эксплуатационной практике для характеристики отклонения состояний реактора от критического используется понятие реактивности:

,

что физически представляет собой долю изменения количества нейтронов (делений) в новом поколении по отношению ко всем нейтронам (делениям) этого поколения.

При этом, - критическое; - надкритическое; - подкритическое состояние реактора.

Минимальное количество топлива определенной конфигурации и состава, в котором , называют критической массой, а соответствующие размеры размножающей среды – критическими размерами

Минимальные критические размеры и массу имеет размножающая среда в форме шара. Для ²³⁵U такой шар без отражателя имеет массу ~ 48 кг и радиус ~ 8,5 см.

Состоянию реактора с максимально возможной надкритичностью соответствует состояние с максимальным коэффициентом размножения (k_эф^полн), иначе говоря – состояние со всеми полностью извлеченными из активной зоны реактора поглотителями. При этом запас надкритичности составляет:

Dk_эф= k_эф^полн -1.