Цепная ядерная реакция. Коэффициент размножения

Цепная реакция деления идет в среде, в которой происходит процесс размножения нейтронов. Такая среда называется активной средой. Физической величиной, характеризующей интенсивность размножения нейтронов, является коэффициент размножения нейтронов k_∞, равный отношению количества нейтронов в одном поколении к их количеству в предыдущем поколении. Индекс ∞ относится к среде бесконечных размеров. В делящейся среде конечных размеров часть нейтронов будет уходить из активной зоны наружу. Поэтому коэффициент k, являющийся характеристикой конкретной установки, зависит от вероятности Р для нейтрона не уйти из активной зоны. По определению

k = k_∞·P.

Величина Р зависит от состава активной зоны, ее размеров, формы, а также от того, в какой степени вещество, окружающее активную зону, отражает нейтроны.
Критическим размером называется размер активной зоны, при котором k = 1. Критической массой называется масса активной зоны крити­ческих размеров. При массе ниже критической размножение нейтронов не происходит, даже если k_∞ > 1. Заметное превышение критической массы ведет к неуправляемой реакции − взрыву.
Если в первом поколении имеется N нейтронов, то в n‑м поколении их будет Nkⁿ. Поэтому при
k = 1 цепная реакция идет стационарно, при k < 1 реакция гаснет, а при k > 1 интенсивность реакции нарастает. Режим реакции при k = 1 называется критическим, при k > 1 − надкритическим и при k < 1 − подкритическим. Время жизни нейтронов t одного поколения от 10^-4 до 10^-8 с и зависит от свойств среды.

Рис. 13.4. Схема цепной реакции деления в среде с замедлителем.