Основы теории ядерных реакторов (стр. 2 )

АЗ – аварийная защита.

аз – активная зона.

АР – автоматический регулятор.

АРМ – автоматический регулятор мощности.

АЧС – абсолютно чёрный стержень.

ББС – борно-бериллиевый стержень.

БКР – барометрический коэффициент реактивности.

БН – быстрые нейтроны.

БР – борное регулирование.

БРУ-СН (-К, - А) – быстродействующее редукционное устройство для сброса пара в конденсатор собственных нужд (в главный конденсатор, в атмосферу).

БС - бериллиевый стержень.

ВВРД – водо-водяной реактор с водой под давлением.

ВВРК – водо-водяной реактор кипящего типа.

ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор.

ВКВ – верхний концевой выключатель (ОР СУЗ).

ВП – выгорающий поглотитель.

ВУГ – волновое уравнение Гельмгольца.

ГБС – гадолиний-бериллиевый стержень.

ГК – главный конденсатор.

ГУ – граничное условие (для получения частного решения дифференциального уравнения).

ГЦН – главный циркуляционный насос.

ДП – деаэратор подпитки.

ДУ – дифференциальное уравнение.

ДЭ – дифференциальная эффективность.

ЗН – замедляющиеся нейтроны.

ЗпН – запаздывающие нейтроны.

ЗР – запас реактивности.

ИЭ – интегральная эффективность.

ЙЯ – йодная яма.

КД – компенсатор давления.

КэВ – килоэлектронВольт.

МгН – мгновенные нейтроны.

МК – мгновенная критичность.

МКУМ – минимально контролируемый уровень мощности (реактора).

МН – медленные нейтроны.

МэВ – мегаэлектронВольт.

МЭР (МКР) – мощностной эффект (коэффициент) реактивности.

НКВ – нижний концевой выключатель (ОР СУЗ).

НП – нейтронное поле.

НУ – начальное (-ые) условие (-ия) для решения дифференциального уравнения.

НФИ – нейтронно-физические измерения.

НФХ – нейтронно-физическая характеристика.

НЦ – нейтронный цикл.

ОбЗР – общий запас реактивности.

ООСС – относительная обратная скорость счёта.

ОпЗР – оперативный запас реактивности.

ОР СУЗ – органы регулирования системы управления и защиты.

ПКУ – подкритический коэффициент умножения.

ПН – промежуточные нейтроны.

ПП – переходный процесс.

ПП – прометиевый провал.

ПТЭР (ПТКР) – плотностной температурный эффект (коэффициент) реактивности.

РБ – радиационная безопасность

РБМК – реактор большой мощности канальный

РзН – резонансные нейтроны.

РУ – резонансный уровень.

СВО – система специальной водоочистки.

СВП – самовыгорающий поглотитель.

СДУКР – система дифференциальных уравнений кинетики реактора (с учётом ЗпН).

СП – стержень-поглотитель.

СПУ – счётно-пусковая установка.

СЦРД – самоподдерживающаяся цепная реакция деления.

Т – абсолютная (выражаемая в Кельвинах) температура чего-либо.

t – температура чего-либо, выражаемая в градусах Цельсия.

ТВС – тепловыделяющая сборка.

твэл – тепловыделяющий элемент.

ТК – топливная композиция.

ТКР – температурный коэффициент реактивности.

Тн – температура тепловых нейтронов («нейтронного газа»).

ТН – тепловые нейтроны.

тн – теплоноситель.

ТТН – теплотехническая надежность (активной зоны).

ТЭР – температурный эффект реактивности.

УВФ – уравнение возраста Ферми.

УК – уравнение критичности реактора.

УОЧ – уравнение «обратных часов».

ФВ – физический вес (ОР СУЗ).

ЧС – чёрный стержень.

эВ - электронВольт

ЭВМ – электронная вычислительная машина.

ЭРИ – эффективный резонансный интеграл.

ЭУКР – элементарное уравнение кинетики реактора.

ЭЯР – энергетический ядерный реактор.

ЯБ – ядерная безопасность.

ЯИЗН – ядра-излучатели запаздывающих нейтронов.

ЯПЗН – ядра-предшественники запаздывающих нейтронов.

ЯР – ядерный реактор.

ЯТ – ядерное топливо.

ЯТЭР (ЯТКР) – ядерный температурный эффект (коэффициент) реактивности.

Тема 1.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ

1.1. Строение вещества

Все вещества состоят из молекул - частиц, каждая из которых опре­деляет все физико-химические свойства вещества.

Молекулы простых веществ (К, Не, О2, Н2, Мо,...) состоят из одно­го или нескольких атомов одного химического элемента.

Молекулы сложных веществ (UO2, Н3ВО3, В4С, ...) состоят из атомов нескольких химических элементов.

Молекулы и составляющие их атомы различаются прежде всего по их массе. Для удобства сравнения массы различных молекул (атомов) принято измерять в относительных единицах, называемых атомными единицами массы (а. е.м.).

1 а. е.м. - это 1/12 часть массы изотопа атома углерода-12. В единицах системы СГС (которая чаще всего используется в нейтронно-фи­зических расчетах) 1 а. е.м. эквивалентна 1.660567.10-24 г. Относитель­ная масса молекулы или атома, выраженная в а. е.м., называется молеку­лярной (или атомной соответственно) массой и обозначается символом А.

Пространственную плотность молекул (атомов) в различных веществах принято оценивать величиной молекулярной (атомной) концентрации, то есть числом молекул (атомов), содержащихся в единице объёма вещества.

Опираясь на следствие закона Авогадро о том, что число молекул в 1 моле вещества - величина постоянная (называемая числом Авогадро NА = 6.0221.1023 моль-1), молекулярная концентрация любого вещества легко рассчитывается по известным величинам плотности g и молекулярной массы А вещества по формуле:

N = . (1.1)

В единицах системы СГС размерность вычисленной по формуле (1.1) величины молекулярной концентрации – см -3, то есть молекул в 1 см3.

Таким образом, получается:

а) для простых веществ, каждая молекула которых содержит только один атом, молекулярная концентрация вещества по величине совпадает с атомной концентрацией и вычисляется по формуле (1.1);

б) для сложных веществ, каждая молекула которых содержит m сортов атомов различных химических элементов, молекулярная концентрация также нахо­дится по формуле (1.1), в которой молекулярная масса

(1.2)

находимая по правилам химии, представляет собой сумму масс всех компо­нентов молекулы вещества; (здесь ni - число атомов каждого компонента в молекуле вещества, а Ai - атомная масса i-го компонента);

Пример. Кристаллическая борная кислота H3BO3 плотностью g = 1.28 г/см3 будет иметь относительную молекулярную массу:

А = 3Ан+1Ав+3Ао = 3. 1 + 1 .10.81 + 3 .16 = 61.81 а. е.м.,

а, следовательно, её молекулярная концентрация будет равна:

см-3.

в) атомные концентрации компонентов сложных веществ находятся по общей формуле:

(1. 3)

где ni - число атомов i-го компонента в каждой молекуле вещества, а N - молекулярная концентрация вещества.

Пример.

В упомянутом выше примере борной кислоты:

- атомная концентрация водорода Nн= 3N = 3 .1.2471.1022 = 3.7413 .1022 см -3, т. к. в каждой молекуле борной кислоты содержится по три атома водорода;

- атомная концентрация бора Nв = N = 1.2471 .1022 см -3, т. к. в молекуле борной кислоты содержится только один атом бора;

- атомная концентрация кислорода No= 3N = 3 . 1.2471 .1022 = 3.7413 .1022 см -3, т. к. в каждой молекуле борной кислоты по три атома кислорода.

г) атомные концентрации в простых многоатомных веществах, оче­видно, можно рассматривать как частность случая (в) и находить по общей формуле (1.3).

Пример. Молекула йода (J2) содержит по два атома химического эле­мента йода, поэтому атомная концентрация йода в кристаллическом йоде плотностью g = 4.9 г/см3 будет равна

1.2. Строение и характеристики атомов

Атомы различных химических элементов отличаются прежде всего по их массе, и атомная масса в какой-то мере определяет периодичность повто­рения химических свойств различных атомов. Однако массовое число A не является однозначной характеристикой всех свойств атомов любых веществ.

Действительной характеристикой, определяющей физико-химическую индивидуальность атома вещества, является его атомный номер (z) в от­крытой Периодической Системе элементов. Называя атомный номер элемента z, мы фактически называем сам этот элемент, об атомах которого идёт речь.

Например, если z = 6, нам ясно, что речь идет об углероде (С), а если z = 92, это равносильно тому, что элемент назван ураном (U), и т. д.

Поэтому атомный номер элемента z - характеристика, равноценная при­нятому химическому символу атомов вещества.

Массовое число A и атомный номер z элемента - пара характе­ристик, полностью определяющих физико-химическую индивидуальность ато­мов любого вещества.

Атомная теория раскрывает физический смысл этих характеристик

в следующих основных положениях:

а) Все атомы состоят из положительно заряженного ядра и обращаю­щихся вокруг него отрицательно заряженных частиц - электронов.

б) Электрический заряд электрона qe = - 1.6022 .10-19 Кл - наимень­ший электрический заряд, обнаруженный экспериментально, и это дало по­вод назвать его элементарным зарядом, а заряды других частиц и струк­тур на микроуровне - измерять в элементарных зарядах.

в) Атомный номер элемента z - есть не что иное, как суммарное ко­личество электронов в атоме.

г) Поскольку устойчивый атом любого химического элемента электро­нейтрален, отрицательный заряд электронных оболочек в атоме нейтрали­зуется равным по величине положительным зарядом ядра. Поэтому другое представление об атомном номере состоит в том, что атомный номер хими­ческого элемента - это положительный заряд ядра его атома, выражен­ный в величинах элементарных электрических зарядов (то есть в зарядах электрона).