Ядерная физика, 4 курс Тилеухабыл Аймарал Физическая теория реакторов

Ядерная физика, 4 курс 
Тилеухабыл Аймарал 
Физическая теория реакторов 
Борисов А.А. 
Билет №17 
Запаздывающие нейтроны их роль в работе ядерного реактора, доля и эффективная доля запаздыва-
ющих нейтронов. Единицы измерения реактивности. Влияние отрицательного мощностного коэффициента реак-
тивности на стабилизацию мощности реактора. Запаздывающие нейтроны и их роль Среднее время жизни ней-
тронов т (время от образования в результате деления до поглощения) составляет от 10 5 до 10 3 с. Пусть для 
увеличения мощности реактора мы повысили кэ^ на 0,1 %, т.е. Азф станет равным 1,001. Тогда число нейтронов 
будет увеличиваться на 0,1 % в каждом новом поколении. За 1 с сменится 1000 поколений нейтронов и их число 
увеличится в (1,001)1000 = = 2,72 раза. Мощность реактора прямо пропорциональна числу нейтронов в активной 
зоне. Следовательно, за 1 с мощность реактора увеличится почти в 3 раза, а еще через несколько секунд реактор 
расплавится. Ясно, что управлять таким реактором невозможно. Как же происходит управление на самом деле? 
Не все нейтроны образуются сразу в результате деления. Часть из них, около 0,7 %, образуется вследствие рас-
падов ядер осколков. Например, после деления один из образовавшихся осколков может быть бромом, который че-
рез 16 с через Р-распад превращается в неустойчивый криптон, который, в свою очередь, испускает нейтрон: 
Напомним (см. § 1.4), что нейтроны, образовавшиеся в результате деления, называются мгновенными. Нейтроны, 
образовавшиеся в результате цепочки распадов осколков, называются запаздывающими. Ядра, испускающие 
нейтроны, назовем ядрами-предшест- венниками. Среднее время жизни запаздывающих нейтронов для 235 и сос-
тавляет около 12 с (оно зависит от периода полураспада ядер-предшественников). Рассмотрим процесс увеличения
мощности реактора с учетом запаздывающих нейтронов. Пусть мы увеличиваем эффективный коэффициент 
размножения на 0,1 %: С,ф = 1,001. Рассмотрим отдельно мгновенные и запаздывающие нейтроны. Доля мгновен-
ных нейтронов составляет в среднем 0,993. Коэффициент размножения только на мгновенных нейтронах равен 
1,001 • 0,993 = 0,994 — разгон реактора с учетом только мгновенных нейтронов невозможен. А поскольку время 
жизни запаздывающих нейтронов составляет около 12 с, то и увеличение мощности реактора происходит доста-
точно медленно. На практике удобнее пользоваться не эффективным коэффициентом размножения, а производной
от него величиной — реактивностью. Реактивность — это отклонение эффективного коэффициента размножения
от единицы, отнесенное к этому коэффициенту: При кэф > 1 говорят о внесенной положительной реактивности, 
при ?эф <1 — о внесенной отрицательной реактивности. Для обеспечения безопасной работы реактора положи-
тельная реактивность в реакторе не должна превышать долю запаздывающих нейтронов: р < (3, где (3 — доля 
запаздывающих нейтронов. Возможность управления реактором характеризуется скоростью увеличения (умень-
шения) мощности, она должна быть такова, чтобы системы и механизмы управления успевали реагировать на 
это изменение. Для определения управляемости реактора введено понятие периода реактора — времени, в течение 
которого мощность изменяется в е раз (е = 2,718). По правилам безопасности при нормальной работе реактора 
его период не должен быть менее 15 с. 
Единицы измерения реактивности Реактивность — безразмерная величина, это просто число, и особых 
единиц для измерения реактивности не требуется. Однако на практике для её измерения используются различные 
относительные и условные единицы. Во-первых, реактивность может измеряться в процентах, то есть в едини-
цах, равных одной сотой от единицы, вытекающей из определения реактивности. Во-вторых, реактивность изме-
ряется в обратных часах. Эта единица употребляется для малых реактивностей при измерениях периодов реак-
тора. Обратный час есть такая реактивность, которой соответствует установившийся период реактора в 1 ч. 
Наконец, реактивность измеряется в единицах β (доли запаздывающих нейтронов), или долларах и центах. За 
один доллар принимается реактивность, равная β, а центы составляют сотые доли этой реактивности. Поскольку 
р = β является предельным значением реактивности управляемого на запаздывающих нейтронах реактора, по-
нятно, почему такая величина реактивности принята за единицу, тем более что абсолютная величина этой едини-
цы зависит от типа ядерного топлива. Так, β 239Pu (0,0021 или 0,21 %) в три раза меньше, чем β 235U (0,0065 
или 0,65 %), и реактивность, выраженная в абсолютных единицах, не всегда указывает на то, насколько она близ-
ка к предельному значению. Реактивность в центах всегда выражена в долях её предельного значения, и такое 
представление реактивности является универсальным.
Влияние отрицательного мощностного коэффициента реактивности на стабилизацию мощности реактора. 
Отрицательный мощностный эффект реактивности, проявляющийся при: повышении мощности, до некоторой 
степени компенсирует влияние температурного эффекта. Поэтому стабилизация параметров реакторной уста-

новки фактически происходит при средней температуре теплоносителя, меньшей. температуры, предшествующей
переходному процессу, и мощности, соответствующей количеству теплоты, отбираемой из парогенераторов. 
Изменение средней температуры воды в 1-м контуре определяется соотношением температурного и мощностного 
коэффициента реактивности ядерного реактора. Реактор с мощностного эффекта реактивности, как объект уп-
равления обретает отрицательные обратные связи и приобретает свойства саморегулирования.