Глава 5 Возможность расширенного воспроизводства делящихся изотопов

Коэффициент воспроизводства – это отношение количества образующихся делящихся ядер к числу выгоревших делящихся ядер за тот же промежуток времени. Воспроизводство называется расширенным, если коэффициент воспроизводства (КВ) больше 1. Такие реакторы называются размножителями или бридерами.

Оценим возможности осуществления расширенного воспроизводства на тепловых и быстрых реакторах. Для этого рассмотрим судьбу нейтронного поколения.

Хр

Пусть один нейтрон поглощается в U²³⁵ (а не во всем горючем), тогда на каждый нейтрон рождается h ^* нейтронов

.

Эти нейтроны могут размножиться на U²³⁸. В незатухающей цепной реакции как минимум один нейтрон должен поглощаться в U²³⁵. КВ нейтронов может поглотиться в U²³⁸, что приводит к образованию ядра Pu²³⁹ (при Е < 1,4 МэВ). Остальные нейтроны уходят на утечку и непроизвольное поглощение. Отсюда

,

где Х_Р – плутониевый коэффициент, т. е. количество ядер Pu²³⁹, образовавшихся при выгорании 1 ядра U²³⁵; - сумма нейтронов, ушедших на непроизвольное поглощение и на утечку нейтронов из реактора.

Каким же будет плутониевый коэффициент? Требуется все непроизводительные потери понизить до минимума. Х_Р определяется т. о.

.

Если потери малы, то КВ£h.e - 1. Поэтому для оценки возможности расширенного воспроизводства необходимо оценить величину (h.e - 1).

В реакторе на тепловых нейтронах e близко к 1 и мало меняется, h.~ 2.07и КВ ~ 1.07 (для U²³⁵). Если учесть утечки нейтронов, то КВ для U²³⁵нельзя сделать больше 1. Аналогичная картина и для Pu²³⁹. Только U²³³ может обеспечить КВ>1, но этот изотоп в природе не встречается, он получается в реакторах из Th²³² в очень малых количествах.

В реакторах на быстрых нейтронах h довольно велики для всех изотопов, а e_быстр.заметно превышает единицу, так как спектр нейтронов жесткий и много нейтронов с E> 1.4МэВ .. КВ для Pu²³⁹ может стать больше 2. Обычно для быстрых реакторов КВ~1.4¸1.7.

Для полного использования сырьевых изотопов, что необходимо для достаточно долгого использования естественных запасов горючего, требуется КВ > 1.