импульсный реактор

ИМПУЛЬСНЫЙ РЕАКТОР - ядерный реактор ,в к-ром цепная реакция деления ядер развивается на мгновенных нейтронах и носит импульсный характер. На короткий промежуток времени (от 10^-4 с до 10^-1 с) в И. р. с помощью спец. устройств (модуляторов реактивности) создаётся надкритич. состояние, т. е. коэф. размножения нейтронов К в реакторе становится больше 1 (без учёта запаздывающих нейтронов), и мощность И. р. (т. е. интенсивность процесса деления ядер) быстро нарастает. Затем И. р. переводится в подкритич. состояние и процесс затухает. И. р. служат источниками нейтронных импульсов. Выделяющаяся в результате деления энергия не используется и отводится теплоносителем. По способу инициирования и гашения импульсов И. р. разделяются на 3 типа. Самогасящиеся И. р. (апериодические, взрывные) работают в режиме редких апериодич. вспышек мощности. Импульс развивается в результате быстрого введения в активную зону реактора уранового стержня (в И. р. на быстрых нейтронах) или выведения поглощающих нейтроны стержней (в И. р. на тепловых нейтронах), а гасится в результате влияния энерговыделения на коэф. размножения нейтронов (отрицат. обратная связь). Так, в И. р. на быстрых нейтронах затухание импульса происходит вследствие теплового расширения активной зоны и соответствующего увеличения утечки нейтронов. В И. р. на тепловых нейтронах механизмы гашения цеппой реакции деления более разнообразны: из-за нагрева замедлителя тепловые нейтроны менее эффективно делят ядра урана; увеличивается резонансное поглощение нейтронов из-за уширения резонансов (эффект Доплера); уменьшается плотность жидкой активной зоны (водный раствор урана) из-за возникновения пузырьков газа, образующегося при радиолизе жидкости, и др. Сильный эффект самогашения возможен только при нагреве реактора за время импульса до темп-ры порядка 1000 К. Время, необходимое для охлаждения реактора, определяет частоту повторения вспышек (не чаще 2-3 раз в сутки). Типичные параметры самогасящихся И. р. на быстрых нейтронах: 10¹⁷-10¹⁸ актов деления за 1 импульс; полуширина импульса 25-700 мкс; поток нейтронов за время импульса (флюенс) 10¹⁵ нейтр/см². Для И. р. на тепловых нейтронах: 10¹⁸-10²⁰ делений за импульс; полуширина импульса 3-100 мс; флюенс тепловых нейтронов 10¹⁷ нейтр/см². Самогасящиеся И. р. используются для изучения мгновенного воздействия нейтронного и g-излученнй на материалы, приборы и биол. объекты; для испытания ТВЭЛов ядерных реакторов в условиях аварии, для разработки лазеров с ядерной накачкой; для нейтронного активационного анализа. Гл. проблема для самогасящихся И. р.- т. н. тепловой удар, возникающий вследствие того, что тепловое расширение элементов активной зоны не успевает реализоваться за время нагрева (сжатая пружина). В металлич. конструкциях активной зоны И. р. на быстрых нейтронах в результате этого развиваются напряжения, достигающие предела прочности, что ограничивает энергию импульса. Периодич. И. р. (мигающий, пульсирующий) работает в режиме периодически повторяющихся импульсов мощности, к-рые инициируются и гасятся за счёт периодич. движения части активной зоны, части отражателя либо замедлителя (модулятора реактивности). Полуширина импульса

где t - время "жизни" одного поколения мгновенных нейтронов в реакторе, g - скорость изменения коэф. размножения нейтронов за счёт движения модулятора реактивности в момент времени, соответствующий максимуму импульса. Короткий импульс можно получить только в реакторе на быстрых нейтронах, где t мало (10^-8-10^-7 с). Периодич. И. р. занимают промежуточное положение между самогасящимися И. р. и обычными непрерывными реакторами. Они уступают первым по интенсивности импульсов и вторым по ср. мощности, однако значительно превосходят последние по значению потока нейтронов в импульсе, а первые - по ср. мощности. Так, ИБР-2 (ОИЯИ, Дубна), самый мощный из трёх функционирующих И. р. этого типа, имеет ср. мощность 2 МВт, частоту импульсов 5 с^-1, полуширину импульса быстрых нейтронов 215 мкс, плотность потока тепловых нейтронов на поверхности внеш. замедлителя в максимуме импульса 10¹⁶ нейтр/см²с. Осн. назначение периодич. И. р.- исследования на выведенных пучках медленных нейтронов с применением нейтронной спектроскопии по времени пролёта, особенно для целей нейтронографии конденсированных сред. Для сокращения длительности нейтронного импульса необходимы быстрые модуляторы реактивности, способные изменять коэф. размножения нейтронов со скоростью ~100 с^-1. Бустеры - подкритич. реакторы (K<1), в к-рых импульс мощности инициируется нач. импульсом нейтронов от внеш. источника, размножение нейтронов в активной зоне гасится при затухании цепной реакции деления после выключения источника. Длительность нейтронного импульса в бустере больше длительности внеш. источника на величину порядка t/(1- k), где t - время жизни мгновенных нейтронов, k - эффективный коэф. размножения. Количество нейтронов, генерированное в импульсе в 1/(1-k) раз, превышает число нейтронов источника. В качестве внеш. источника используют фотонейтроны из мишеней импульсных сильноточных ускорителей электронов с энергией 30-100 МэВ (на 100 электронов в мишени рождается приблизительно 1 нейтрон). Более эффективны протоны с энергией ~1 ГэВ. В бустерах удаётся получить наиб. короткие импульсы (~1 мкс), однако при более низкой мощности. Лит.: Шабалин Е. П., Импульсные реакторы на быстрых нейтронах, М., 1976; Ломидзе В. Л., Импульсные ядерные реакторы, М., 1982; Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики. Сб. науч. трудов, Л., 1984. Е. П. Шабалин.

   <<      Предметный указатель      >>