Физические основы получения атомной энергии | страница 90

Выше уже говорилось о том, что в 1 кг урана за 1 секунду происходит в среднем около 6–7 делений. Принимая во внимание это число и учитывая, что в каждом делении освобождается в виде тепла около 160 Мэв ядерной энергии, можно подсчитать, мощность выделяемой за счет самопроизвольного деления энергии. Это будет начальная мощность реактора. Для реактора, в который загружено около 1 т природного урана, начальная мощность составляет менее 10^>-10квт. Это, конечно, ничтожная мощность, но ее вполне достаточно для начала цепной реакции.

Количество загружаемого в реактор урана должно превышать критическую массу. Одной из причин этого является необходимость получить коэффициент размножения больше единицы, так как только при этом условии возможно увеличить количество нейтронов, а следовательно, и число делений в 1 секунду до значения, обеспечивающего работу реактора с заданной мощностью. Чтобы цепная реакция не началась преждевременно, загрузка урана производится при полностью введенных управляющих стержнях8, изготовленных из металлического кадмия или бористой стали. Поглощение нейтронов стержнями при таком их положении приводит к уменьшению коэффициента размножения (K<1) и препятствует началу цепной реакции.

При пуске реактора стержни следует выдвинуть из активной зоны настолько, чтобы коэффициент размножения нейтронов стал немного больше единицы. Тогда количество нейтронов и число делений, вызываемых ими, станет возрастать. Соответственно будет увеличиваться и мощность выделяемой энергии. При коэффициенте размножения K=1,005 мощность реактора увеличится в 2,7 раза примерно через 10 сек., в 7,3 раза через 20 сек. и т. д. В первые минуты мощность растет медленно, а в последующем все быстрее и быстрее, как это показано на рис. 42.

Когда мощность достигнет заданной величины, необходимо, несколько опустив управляющие стержни, уменьшить коэффициент размножения и сделать его равным единице; тогда реактор станет работать с постоянной мощностью.

По мере работы реактора в урановых стержнях будет «выгорать» уран 235 и накапливаться плутоний 239. Это обстоятельство, а также поглощение нейтронов «осколками» деления, накапливающимися в стержнях, приводит к постепенному уменьшению коэффициента размножения K. Для устойчивой работы реактора нужно компенсировать это уменьшение K, выдвигая постепенно управляющие стержни из активной зоны.