Влияние отражателя на нейтронно-физические свойства акт. зоны

Гомогенный реактор с отражателем в одногрупповом приближении

Как было установлено ранее, единственной причиной неравномерного распределения потока нейтронов в ЯР без отражателя является утечка нейтронов через поверхность. Это обстоятельство нежелательно, т.к. приводит к неэффективному использованию ТВЭЛ. В центральных областях АЗ, где потоки близки к максимальным, топливо выгорает сильнее, чем на периферии, где поток меньше. Т.о., на периферии ТВЭЛы работают с технической недогрузкой, а значит изменяются режимы теплоотвода и уменьшается экономическая эффективность.

В связи с этим становится важным добиться более равномерного распределения потока нейтронов, т.е. добиться, чтобы коэффициент неравномерности был как можно ближе к 1 (k _v →1). Для этого используют отражатель. Отражатель вводится добавлением к внешней поверхности активной зоны слоя отражающего нейтроны материала. Основное назначение отражателя – уменьшить утечку нейтронов из активной зоны путем отражения обратно некоторой части нейтронов, вышедших за ее пределы.

Для реакторов на тепловых нейтронах введение отражателя приводит к тому, что хотя бы незначительная часть нейтронов, попадающих в него из АЗ, возвращается обратно, повышая поток нейтронов в приграничных с отражателем областях АЗ. Это связано с тем, что как родившиеся вблизи отражателя быстрые нейтроны, так и находящиеся там тепловые нейтроны, вследствие своего движения могут перейти в отражатель. В отражателе быстрые нейтроны будут эффективно замедляться и вместе с тепловыми диффундировать в отражателе. В результате этого имеется ненулевая вероятность для нейтрона вернуться обратно в АЗ. При этом отражение нейтронов происходит не от поверхности отражателя (не путать с оптическим отражением), а от всего объема вещества отражателя. Поэтому в этом случае речь идет о диффузионном отражении тепловых нейтронов.

Нейтронно-физические свойства АЗ и отражателя существенно отличаются друг от друга. При этом распределение нейтронов вблизи границы АЗ/отражатель формируется взаимными перетечками тепловых нейтронов из одной среды в другую и обратно. Потому в пограничных с отражателем областях АЗ формируется распределение потоков нейтронов, отличное от распределения, формируемого только за счет свойств АЗ. Такое распределение потоков нейтронов в АЗ носит название переходного.

Однако по мере удаления вглубь АЗ влияние перетечек нейтронов из отражателя уменьшается, и распределение потока нейтронов будет приближаться к форме, зависящей только от параметров АЗ. Такое распределение называют асимптотическим. В энергетических ЯР, имеющих большие размеры, области асимптотических распределений достаточно велики. Отсюда понятно, что соотношения для ЯР без отражателя являются основой для рассмотрения ЯР с отражателем.

Добавление отражателя приводит к уменьшению утечки нейтронов через внешнюю поверхность АЗ. Тогда, если до введения отражателя ЯР находился в критическом состоянии, то после его введения он перейдет в надкритическое. Для того, чтобы вернут ЯР в критику надо либо изменить состав АЗ (уменьшив k _∞, что является трудновыполнимым из-за экономических и тепло-физических соображений), либо уменьшить размеры АЗ. Таким образом, критические размеры АЗ ЯР с отражателем всегда меньше, чем соответствующие размеры АЗ ЯР без него.