Презентация, доклад на тему Радиационная стойкость конструкционных материалов ядерного реактора

излучения высокой энергии с веществом - сложный процесс, вследствие чего
в веществе появляются первичные и вторичные эффекты, вызываемые основными частицами:
- электронами (β-излучение),
- фотонами (γ-излучение),
- α-частицами (α-излучение),
- протонами и нейтронами
[9Ве(р,α)6Li, Al(p,γ)28Si, 6Li(n,α)4T, Al(n,γ)28Al, 9Be(α,n)12C, 23Na(n,γ)24N]

энергия Em, которая может быть передана
электроном или (позитроном) с энергией Е, есть:

(1)

где   – масса электрона (позитрона);  
– масса атома облучаемого вещества (материала ядерного реактора);  
 – скорость света;  ;  . 

Средняя энергия   , которая может быть передана смещенному атому при пороговой энергии :
(2)

Рекомбинация с испусканием фотона γ (образование электрон  е- и позитрон е+):
(3)

где энергия  , уносимая электроном или позитроном, равна:

и тритоны (изотопы водорода) и -частицы (ядра гелия) составляют группу быстрых легких ионов. Если быстрый ион массой М и зарядом Ze (Z – атомный номер, е-элементарный заряд) проходит на расстоянии b от покоящегося атома массой Мо  и зарядом Zоe, энергия, переданная быстрым ионом атому, равна:

(1)


Облучение нейтронами. Для нейтрона, имеющего массу М и кинетическую энергию  , максимальная переданная атому в лобовом столкновении энергия:
(2)

Средняя энергия, переданная нейтронному ядру, составляет около  Еm/2, т. е.
(3)

Следует отметить, что:
1) не все атомы, смещенные первично выбитым атомом, образуют дефекты в решетке, так как часть из них попадает на вакансии,
2) смещенные атомы, получившее достаточно большую энергию от первично выбитых атомов, могут потерять электроны на внешних орбитах, и ионизоваться.

материалов

Часть из них имеет достаточную энергию, чтобы вызвать деление ядер 238U ⇒ число быстрых нейтронов увеличится в μ раз.
Часть быстрых нейтронов S1μ(1-φ) поглотится 238U ⇒ S1μφ часть нейтронов начнет замедляться, где φ – вероятность избежать захвата ядрами 238U.
Замедленные (тепловые) нейтроны могут поглощаться как в топливе, так и в замедлителе, θ – вероятность поглощения теплового нейтрона топливом. Часть S1μφθ поглотиться замедлителем и пропадет для последующей реакции. Остальная часть вызывает деление ядер 235U, η – число нейтронов второго поколения на 1 поглощенный. То есть, S2 = S1μφθη.
Тогда коэффициент размножения в бесконечной активной зоне:
k0 = S2/S1 = μφθη – формула четырех сомножителей.
В ограниченном объеме реактора есть возможность утечки из объема реакции, вероятность избежать этого – w, тогда k = k0w. В реакторе должна быть k ≈ 1.

Технически удобно использовать понятие реактивности: ρ = (k-1)/k ≈ k-1. Если некое явление приводит к снижению k, то оно порождает отрицательную реактивность. Если же k увеличивается, то явление сопровождается появлением положительной реактивности.

поглощении с последующим делением ядра, так и в результате прочих процессов. Время жизни нейтронов одного поколения Т0 весьма мало (10-3-10-5 с в тепловых реакторах и до 10-8 с в быстрых).
Другой временной параметр – период реактора Т, определяемый реактивностью, характеризует скорость изменения мощности реактора (в e раз).
Если |ρ| << β, то период реактора определяется практически только запаздывающими нейтронами и оказывается достаточно большим, чтобы обеспечить удобное и безопасное регулирование цепной реакции. С увеличением положит. реактивности период реактора быстро уменьшается. При ρ > β период реактора почти полностью определяется временем жизни мгновенных нейтронов Т0
Т≈Т0/(ρ-β)
и уже не зависит от временных параметров запаздывающих нейтронов. Если ρ заметно превосходит β, то будет иметь место недопустимо быстрый (аварийный) разгон реактора.

размеров. Число поглощений нейтронов в объеме топлива ~ R3, площадь поверхности утечки ~ R2 ⇒ отношение поглощения к утечке ~ R (w~R) .
Геометрические размеры активной зоны, которым соответствует k = 1, называются критическими размерами. Соответствующий объем активной зоны также называется критическим, а масса делящегося материала в критическом объеме – критической массой.
Другими словами, это наименьшая масса делящегося вещества, при которой может протекать самоподдерживающаяся цепная реакция.

Для чистого (без замедлителя) 23592U, имеющего форму шара, критическая масса равна 50 кг, а радиус шара - 9 см. Применяя замедлитель нейтронов и отражающую нейтроны оболочку из бериллия, можно снизить критическую массу до 250 г.
Теоретически, наименьшей критической массой обладает 251Cf, для которого эта величина составляет всего 10 г.