В результате каких физических процессов реализуется зависимость реактивности от температуры?

При изменениях температуры будут происходить изменения плотности ядер и размеров реактора и, следовательно, утечка нейтронов. Будет изменяться спектр нейтронов, как минимум в тепловой и резонансной областях энергий . В силу различных температурных коэффициентов расширения материалов будет происходить изменение состава реактора, который определяется значениями g_i(r,Т). В резонансной области будут изменяться средние микроскопические сечения. Даже на интуитивном уровне, рассматривая соотношение (3.1), ясно, что можно связать изменения к_эфф или реактивность реактора с температурой. В то же время ясно, что эти связи могут оказаться очень сложными, и вряд ли их можно будет представить в простых аналитических выражениях, если, например, температура является сложной функцией координат реактора.

Первая составляющая (dr₁/dT или ТКР₁) связана с хорошо известными и привычными физическими явлениями. Это зависимость линейных и объмных размеров всех материалов от температуры. В результате при росте температуры будет изменяться объм реактора и плотность материалов в нем. Следовательно, будут изменения макроскопических сечений взаимодействия нейтронов с ядрами и вероятности утечки нейтроно из реактора. Следовательно, будет происходить и изменение реактивности.

Вторая составляющая (dr₂/dT или ТКР₂) связана с тем, что в реакторах на тепловых нейтронах средняя энергия термализованных нейтронов зависит от температуры среды. Это явление основано на взаимодействии нейтронов с ядрами, причем нейтрон, взаимодействуя с движущимся ядром, в среднем не сможет иметь энергию ниже средней энергии движущихся ядер. Этот процесс – установление средней энергии нейтронов на уровне средней энергии теплового движения ядер – называют термализацией нейтронного потока. Средняя энергия движущихся ядер линейно связана с температурой среды, где расположены эти ядра. Поскольку сечения взаимодействия нейтронов с ядрами зависят от энергии нейтронов, то с ростом или падением температуры происходят изменения скоростей протекания различных реакций термализованных нейтронов с ядрами.

Наконец, третья составляющая (dr₃/dT или ТКР₃) связана с особенным явлением, получившим название «доплер эффект». Суть этого явления заключается в том, что ширины резонансов (резонансная структура сечений для тяжелых чдер проявляется в облсти энергий выше десятых долей электрон-вольта) с ростом температуры увеличиваются и при некоторых условиях приводят к увеличению сечений поглощения нейтронов ядрами в резонансной области энергий