Гетерогенные реакторы.

Гетерогенные реакторы. В однородной (гомогенной) смеси природного урана с замедлителем не всегда можно осуществить цепной процесс.

Нейтроны теряют свою скорость в замедлителе посте­пенно и обычно в результате большого числа столкнове­ний становятся тепловыми. Когда слабо замедлившийся нейтрон встретит на своем пути ядро урана²³⁸, то прои­зойдет его поглощение.

Как же уменьшить захват нейтронов ядрами урана²³⁸?

Если применять в качестве замедлителя графит, то никаким увеличением количества урана и размеров реак­тора не удастся довести коэффициент размножения до единицы. Следовательно, надо удалить ядра урана²³⁸ из зоны, где происходит замедление нейтронов. Поэтому ядерные реакторы, использующие природный уран и гра­фит, изготовляются в виде гетерогенной (неоднородной) смеси урана и замедлителя. В этих реакторах обычно уран в виде стержней (блоков) чередуется с чистым гра­фитом (рис. 16).

Рис. 16. Схема гетерогенного ядерного реак­тора

Диаметр урановых стержней должен быть рассчитан так, чтобы нейтроны, получающиеся при делении, не испытывали много столкновений в уране. В противном случае уран²³⁸ может опять поглотить большое число ней­тронов. Обычно урановые стержни имеют диаметр не больше трех — четырех сантиметров.

Предположим, что в одном из урановых блоков произошло деление ядра урана²³⁵. При этом выделились три нейтрона. У этих нейтронов может быть различная судьба.

Один из нейтронов может испытать большое число столкновений с ядрами замедлителя и, теряя в каждом столкновении часть своей скорости, придет в другой ура­новый блок с очень малой тепловой скоростью. Такой нейтрон при столкновении с ядром урана²³⁸ имеет очень небольшие шансы им поглотиться: он просто отскочит от этого ядра, как резиновый мячик от тяжелой стены. Ведь ядро урана в 238 раз тяжелее нейтрона. Тепловой нейтрон после ряда столкновений с ядрами тяжелого изотопа в конце концов в том или другом урановом стержне встретится с ядром урана²³⁵ и произведет его деление. При этом выделятся опять два или три новых ней­трона.

Другой нейтрон испытает меньшее число столкновений с ядрами замедлителя и придет в другой урановый блок с какой-то средней скоростью. Такие нейтроны очень жадно поглощаются ядрами урана²³⁸. Новых нейтронов при этом возникать не будет.

Наконец, третий нейтрон может совсем выйти за пре­делы уранового котла, не задев ни одного уранового блока.

Как уже указывалось, цепной процесс может проте­кать, если хотя бы один из нейтронов деления произведет еще