Доллар (реактивность)
Доллар — это единица реактивности ядерного реактора , откалиброванная по интервалу между состояниями критичности и мгновенной критичности . Быстрый выход на критичность приведет к чрезвычайно быстрому увеличению мощности и, как следствие, к разрушению реактора, если он специально не спроектирован так, чтобы выдерживать такое состояние. Цент - это 1/100 доллара .
Значение и использование
[ редактировать ]Каждое ядерное деление производит несколько нейтронов, которые могут быть поглощены, вылететь из реактора или вызвать новые деления в цепной реакции. Когда в среднем один нейтрон от каждого деления вызывает другое деление, реактор едва достигает «критического» уровня, и цепная реакция протекает на постоянном уровне мощности.
Большинство нейтронов, образующихся при делении, являются «мгновенными», т. е. создаются с продуктами деления менее чем за 10 наносекунд (« встряска » времени), но некоторые продукты деления производят дополнительные нейтроны, когда они распадаются в течение нескольких минут после их образования деление. Эти нейтроны замедленного высвобождения , составляющие несколько процентов от общего количества, являются ключом к стабильному управлению ядерным реактором . Без запаздывающих нейтронов в реакторе, мощность которого едва превышала критическую, мощность реактора увеличивалась бы экспоненциально в миллисекундных или даже микросекундных масштабах времени – слишком быстро, чтобы ее можно было контролировать с помощью современных технологий или технологий ближайшего будущего. Столь быстрое увеличение мощности может произойти и в реальном реакторе, когда цепная реакция поддерживается без помощи запаздывающих нейтронов. Это мгновенная критичность , наиболее крайним примером которой является взрывающееся ядерное оружие, в котором значительные усилия по проектированию направлены на удержание активной зоны в состоянии быстрой критичности как можно дольше, пока не расщепится максимально достижимый процент материала. [1]
По определению, реактивность в ноль долларов едва ли находится на грани критичности с использованием как мгновенных, так и запаздывающих нейтронов. Реактивность менее нуля долларов является докритической; уровень мощности будет снижаться в геометрической прогрессии, и устойчивой цепной реакции не произойдет. Один доллар определяется как порог между отсроченной и оперативной критичностью. При мгновенной критичности в среднем каждое деление вызывает ровно одно дополнительное деление за счет мгновенных нейтронов, а запаздывающие нейтроны затем увеличивают мощность. Любая реактивность выше $0 является сверхкритической, и мощность будет расти экспоненциально, но между $0 и $1 рост мощности будет достаточно медленным, чтобы его можно было легко и безопасно контролировать с помощью механических стержней управления, поскольку цепная реакция частично зависит от запаздывающих нейтронов. Таким образом, энергетический реактор, работающий в установившемся режиме (постоянная мощность), будет иметь среднюю реактивность $0 с небольшими колебаниями выше и ниже этого значения. [2]
Реактивность также может быть выражена в относительных величинах, например, «на 5 центов выше критического значения». [3]
В то время как энергетические реакторы тщательно проектируются и эксплуатируются, чтобы избежать быстрого возникновения критичности при любых обстоятельствах, многие небольшие исследовательские реакторы или реакторы «нулевой мощности» спроектированы так, чтобы их намеренно переводили в режим быстрой критичности (реактивность> $1) с полной безопасностью путем быстрого извлечения стержней управления. Их топливные элементы сконструированы таким образом, что по мере их нагрева реактивность автоматически и быстро снижается за счет таких эффектов, как доплеровское уширение и тепловое расширение . Такие реакторы можно «импульсно» выводить на очень высокие уровни мощности (например, несколько ГВт) на несколько миллисекунд, после чего реактивность автоматически падает до $0, а относительно низкий и постоянный уровень мощности (например, несколько сотен кВт) поддерживается до тех пор, пока не будет остановлен вручную. путем повторной установки управляющих стержней. [4]
Подкритические реакторы , которые до сих пор строились только в лабораторных масштабах, будут постоянно работать на «отрицательных долларах» (скорее всего, на несколько центов ниже [отсроченного] критического уровня) с «недостающими» нейтронами, обеспечиваемыми внешним источником нейтронов , например, расщеплением. вызванным с помощью ускорителя частиц в подкритическом реакторе с приводом от ускорителя .
История
[ редактировать ]По словам Элвина Вайнберга и Юджина Вигнера , Луи Слотин был первым, кто предложил название «доллар» для интервала реактивности между едва критической и мгновенной критичностью и «центы» для десятичной доли доллара. [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хью К. Пакстон: История критических экспериментов на сайте Пахарито . Лос-Аламосский документ LA-9685-H , заархивированный 14 октября 2014 г. в Wayback Machine , 1983 г.
- ^ «Реактивность» . Nuclear-Power.net . nd Архивировано из оригинала 14 декабря 2017 года . Проверено 7 июля 2021 г.
- ^ Маклафлин, Томас П.; и др. (2000). Обзор аварий с критичностью (PDF) . Лос-Аламос: Национальная лаборатория Лос-Аламоса. п. 75. ЛА-13638. Архивировано (PDF) из оригинала 27 сентября 2007 г. Проверено 5 ноября 2012 г.
- ^ «Пульсация реактора WSU до 1,2 ГВт (январь 2007 г.)» . Ютуб . 20 февраля 2012 года . Проверено 7 июля 2021 г.
- ^ Вайнберг, Элвин М.; Вигнер, Юджин П. (1958). Физическая теория нейтронных цепных реакторов . Чикаго: Издательство Чикагского университета. п. 595.