Нейтронды шағылыстырғыштар: Қолданылуы мен қасиеттері

Кіріспе

Нейтрондарды кері шағылыстыратын материал; ядролық бөліну реакцияларын басқару үшін қолданылатын бейнелеу техникасы. Нейтрон шағылыстырғыш – нейтрондарды кері шағылыстыратын кез келген материал. Бұл көпіршіктік кері шағылыс емес, серпімді шашылуды білдіреді. Материал графит, бериллий, болат, вольфрам карбиді, алтын немесе басқа материалдар болуы мүмкін. Нейтрон шағылыстырғыш, бөлінетін материалдың субкритикалық массасын критикалыққа жеткізе алады немесе критикалық немесе суперкритикалық массаның ядролық бөліну деңгейін арттырады. Мұндай әсер Demon Core-ге қатысты екі апатта байқалды – екі жекелеген өлімге әкелген жағдайларда, сынақ орнының беті қысқа мерзімге тым көп нейтронды кері шағылыстыратын материалмен қоршалған.

Ядролық реакторлар

Уран-графитті тізбектес реакциялық қабатта, қабатты графит қабатымен қоршау арқылы сын көлемін айтарлықтай азайтуға болады, себебі мұндай қабықша көптеген нейтрондарды қабатқа кері шағылыстырады. SSTAR ядролық реакторының жобасы 30 жылдық қызмет мерзімін қамтамасыз ету үшін отын бағанасының үстіне жылжымалы нейтрон рефлекторын орнатуды көздейді. Рефлектордың бағана бойынша баяу төмен жылғалымы отынның бағананың жоғарғы жағынан төменгі жағына дейін жануына себеп болады. Графит немесе бериллий сияқты жеңіл материалдан жасалған рефлектор нейтронның кинетикалық энергиясын азайтатын нейтрон баяулатықышы ретінде қызмет етеді, ал қорғасын немесе қорғасын-висмут эвтектикасы сияқты ауыр материал нейтрон жылдамдығына аз әсер етеді. Қуат реакторларында нейтрон рефлекторы шеткі отын жинақтарындағы қуат таралуының біркелкісіздігін азайтады, нейтрон шығысын азайтады және өзектің салқындатқыш ағынының өткізіп жіберуін азайтады. Нейтрон шығысын азайту арқылы рефлектор өзектің реактивтілігін арттырады және реакторды ұзақ мерзімге критикалық күйде ұстау үшін қажетті отын мөлшерін азайтады. Жеңіл су реакторларында нейтрон рефлекторы келесі мақсаттар үшін орнатылады: Нейтрон ағыны таралуы "тегістеледі", яғни орташа ағын мен максималды ағын арақатынасы артады. Сондықтан рефлекторлар қуат таралуының біркелкісіздігін азайтады. Өзектің шетінде нейтрон ағынын арттыру арқылы шеткі отын жинақтарында тиімді пайдалану жақсарады. Бұл отын өзектің сыртқы аймақтарында жалпы қуат өндірісіне үлкен үлес қосады. Нейтрон рефлекторы ядроға кері шашыратып (немесе шағылыстырып) басқаша қашып кететін көптеген нейтрондарды қайтарады. Ядроға кері қайтарылған нейтрондар тізбекті реакция үшін қолжетімді. Бұл реактордың ең төменгі сын көлемі азайғанын білдіреді. Егер өзектің көлемі сақталса, рефлектор отынның жоғары жану деңгейі үшін қосымша реактивтілікті қамтамасыз етеді. Қажетті өзектің сын көлемін азайту рефлекторлық үнемдеу деп аталады. Нейтрон рефлекторлары нейтрон шығысын азайтады, яғни реакторлық қысым ыдысына нейтронның әсер етуін азайтады. Нейтрон рефлекторлары өзектің салқындатқыш ағынының өткізіп жіберуін азайтады. Нейтрон рефлекторлары реактор өзегінің жылу және сәулеленуден қорғаныш қалқаны ретінде қызмет етеді.

In a uranium graphite chain reacting pile, the critical size may be considerably reduced by surrounding the pile with a layer of graphite, since such an envelope reflects many neutrons back into the pile. To obtain a 30 year life span, the SSTAR nuclear reactor design calls for a moveable neutron reflector to be placed over the column of fuel. The reflector's slow downward travel over the column would cause the fuel to be burned from the top of the column to the bottom. A reflector made of a light material like graphite or beryllium will also serve as a neutron moderator reducing neutron kinetic energy, while a heavy material like lead or lead bismuth eutectic will have less effect on neutron velocity. In power reactors, a neutron reflector reduces the non uniformity of the power distribution in the peripheral fuel assemblies, reduces neutron leakage and reduces a coolant flow bypass of the core. By reducing neutron leakage, the reflector increases reactivity of the core and reduces the amount of fuel necessary to maintain the reactor critical for a long period. In light water reactors, the neutron reflector is installed for following purposes:
The neutron flux distribution is “flattened“, i. e., the ratio of the average flux to the maximum flux is increased. Therefore, reflectors reduce the non uniformity of the power distribution. By increasing the neutron flux at the edge of the core, there is much better utilization in the peripheral fuel assemblies. This fuel, in the outer regions of the core, now contributes much more to the total power production. The neutron reflector scatters back (or reflects) into the core many neutrons that would otherwise escape. The neutrons reflected back into the core are available for chain reaction. This means that the minimum critical size of the reactor is reduced. Alternatively, if the core size is maintained, the reflector makes additional reactivity available for higher fuel burnup. The decrease in the critical size of core required is known as the reflector savings. Neutron reflectors reduce neutron leakage i. e. to reduce the neutron fluence on a reactor pressure vessel. Neutron reflectors reduce a coolant flow bypass of a core. Neutron reflectors serve as a thermal and radiation shield of a reactor core.