Физические основы обезвреживания долгоживущих радиоактивных отходов стр.47

П.2.4. О физике быстрого реактора-выжигателя МА

По своим физическим характеристикам такой реактор заметно отличается от энергетических реакторов на традиционных видах топлива.

Критичность реактора. В составе МА большая часть нуклидов характеризуется тем, что сечение деления существенно уменьшается при энергии ниже 0,5-1 МэВ. Это означает, что в такой активной зоне спектр критического реактора должен быть очень жесткий даже по сравнению со спектром нейтронов энергетических быстрых реакторов. Введение разбавителей в активную зону может заметно ухудшить размножающие свойства МА.

Эффекты реактивности. Существует много причин, обуславливающих изменение критичности реактора. Среди них важное место занимает эффект реактивности при изменении количества теплоносителя, например из-за изменения его температуры.

Как уже отмечалось, особенностью реактора-выжигателя МА является увеличение сечения деления с увеличением энергии нейтронов в области 0,5-1 МэВ. Это означает, что при снижении содержания теплоносителя, например его плотности при перегреве, спектр нейтронов будет становиться более жестким. В таком спектре будут улучшаться размножающие свойства активной зоны и повышаться Кэф реактора. Иными словами, при разогреве теплоносителя такой реактор может разгоняться (положительный эффект реактивности по теплоносителю), если, конечно, отсутствуют конкурирующие физические процессы, обуславливающие снижение реактивности. Таким конкурирующим физическим процессом может быть утечка нейтронов из активной зоны в экран, где ценность нейтронов по отношению к цепной реакции мала. Поэтому в таком реакторе характерные размеры активной зоны или топливных областей должны быть выбраны небольшими, чтобы превалировал эффект, связанный с утечкой нейтронов.

Это важно еще и потому, что в системах с жестким спектром нейтронов мало влияние на реактивность эффекта Доплера (уши-рение резонансов при увеличении температуры), так как плотность потока нейтронов в области резонансов мала. Этот быстрый отрицательный эффект реактивности играет важную роль в безопасности энергетических реакторов.

Другая важная особенность, связанная с характером зависимости сечения деления от энергии нейтронов, состоит в том, что при введении замедлителя в активную зону ее критичность падает. Эта ситуация противоположная той, что наблюдается в существующих реакторах на быстрых нейтронах. В них тщательным образом следят, чтобы замедлитель ни в коем случае не попал в активную зону, в противном случае это может вызвать всплеск реактивности и серьезные последствия. А в реакторе-выжигателе МА даже аварийная защита может быть выполнена из материала, содержащего замедлитель. В существующих быстрых реакторах карбид бора В4С используется для прерывания цепной реакции вследствие захвата нейтронов изотопом 10В. В реакторе с МА-топливом реакция будет прекращаться не столько благодаря захвату нейтронов в 10В, сколько за счет замедления на всех легких элементах в составе карбида бора. Поэтому предпочтительнее выполнить экран вокруг активной зоны из материалов, содержащих замедлитель, что будет способствовать повышению безопасности реактора, а также увеличению эффективности трансмутации продуктов деления, размещенных в экране. Эффективная трансмутация может также осуществляться и в устройствах типа «нейтронных ловушек», размещенных в активной зоне.


⇐ вернуться назад | | далее ⇒