|
 
Преобразование ядерного сырья в топливо происходит в результате его облучения нейтронами. Атом сырья, поглотив нейтрон, превращается затем в атом топлива. В ядерном реакторе практически всегда вместе с топливом находится сырье, которое, естественно, облучается нейтронами и постепенно превращается в новое топливо. Это значит, что при работе реактора в общем случае происходит два противоположно направленных процесса: выгорание топлива и образование нового топлива. Иными словами, имеет место воспроизводство топлива. Количественная характеристика воспроизводства — отношение скорости образования топлива к скорости его выгорания — называется коэффициентом воспроизводства.
Строго говоря, термин "воспроизводство" относится к случаю, когда выгорает и вновь образуется одно и то же топливо, т.е. когда в реакторе с самого начала находится 239Ри. Если же первичным топливом служит 23SU, то в процессе работы реактора происходит постепенная замена его топливом 239Ри. Такой цикл называют конверсионным. Для простоты будем говорить здесь только о цикле воспроизводства, поскольку для реакторов на быстрых нейтронах он является основным. Конверсионный цикл может быть только стартовым, так как по мере накопления 239Ри последний сам начинает выгорать и, в конечном счете, происходит полный переход к циклу воспроизводства.
На первый взгляд может показаться, что значение этого коэффициента по желанию можно сделать сколь угодно большим, достаточно только поместить в реактор побольше сырья. Однако это далеко не так. Число атомов сырья, которое может находиться в реакторе, вовсе не произвольно, оно строго ограничивается условиями реакции. Число нейтронов, образующихся при делении одного атома, v не очень велико; в среднем v = 3. Для того чтобы цепная реакция была стационарной (число атомов, делящихся в единицу времени, сохранялось постоянным), нужно, очевидно, одному из вторичных нейтронов (именно одному!) снова попасть в атом топлива и вызвать новое деление. В следующих циклах это должно повториться.
Таким образом, число остающихся "свободных" нейтронов (на один акт деления), составляющее v — 1, и определяет, в принципе, допустимое количество сырья в реакторе. Его должно быть ровно столько, чтобы поглощались только "свободные" нейтроны, иначе нейтронов не хватит на продолжение цепной реакции и она станет затухать. Если не учитывать других обстоятельств, то коэффициент воспроизводства (в очень грубом приближении) должен быть равен v — 1 как для реакторов на тепловых нейтронах, так и для реакторов на быстрых нейтронах.
|
