PRoAtom

(Всего: 0)
от на 21/03/2023

Из-за наличия запаздывающих нейтронов и вполне реальных отрицательных эффектов реактивности U-235 при увеличении мощности реактора, создание безопасного реактора с точки зрения физических эффектов – это вполне реальная и осуществимая задача.
Без указания единственного безопасного делящегося изотопа – U-235, это высказывание ложно.
Это высказывание верно для реакторов, работающих на ядерных материалах, имеющих монотонное снижение сечения деления в рабочем диапазоне температур. Для урана-235 монотонное снижение до температуры ~3500*C (энергия термализованного нейтрона 0,2 эВ), для плутония-239 и плутония-241 до температуры ~1700*С (энергия термализованного нейтрона 0,1эВ). [Графики сечений деления ARNL, 1959. Справочник Физические Величины, 1991]
Сравнение двух графиков приведено в статье Википедии [Ядерное эффективное сечение]. Такое графическое наложение графиков показывает принципиальную разницу урана-235 и плутония-239. Первый – ядерно-безопасен, второй – чрезвычайно ядерно-опасен в случае потери охлаждения.
Принципиальная разница этих двух температур для высокотемпературного топлива (температура плавления диоксидов PuО2 и UО2 2400-2800*С) заключается в том, что диоксид урана полностью разрушится до начала взрывной реакции, а диоксид плутоний после начала взрывной реакции. Целых 700*С подъёма температуры ТВС с плутонием будут находиться в неизменном виде, в то время как сечение деления будет сначала безразлично к температуре, а затем начнёт расти.
На монотонном снижении основывается вся ядерная безопасность не только РТН, но и РБН, так как большое количество делений в быстрых реакторах приходится на область монотонного снижения сечения деления по закону √1/v. Строго на быстрых нейтронах - реактор неуправляем.
Плутоний-239 (и плутоний-241) ядерно-опасен и в области быстрых нейтронов. Сечение деления за интегралом у Pu-239 растёт с температурой, а у U-235 снижается. На фоне миллионов градусов это малозаметно, но рост сечения деления с энергией нейтрона, а не снижение, означает развитие неконтролируемой ядерной реакции.
Наличие запаздывающих нейтронов безусловно важно для управления реактором, но оно второстепенно (или равноценно) по отношению к отрицательному температурному эффекту реактивности. Даже на уране-235 можно создать условия проведения ядерной реакции, когда запаздывающие нейтроны не работают (Хиросима).
Идеологи Прорыва популярно объясняют, что только реактор с запасом реактивности менее бета имеет право называться естественно безопасным. Я добавляю – в интервале температур, когда средняя энергия термализованного нейтрона ниже 0,1 эВ. То есть при условии, когда реальные эффекты реактивности отрицательны для плутония.
В пике 0,3 эВ, Pu-239 имеет реактивность в 7 раз больше, чем при 0,025 эВ. При этой температуре плавится нитрид плутония и начинает разлагаться на компоненты. Таким образом, БРЕСТ, в случае перегрева активной зоны с закипанием свинца (1750*С при обычном давлении), и разогревом нитрида плутония-урана до 2650*С, реактивность БРЕСТ на порядки превысит безопасную бета.
СМ