PRoAtom

(Всего: 0)
от на 03/10/2024

Проблема первой стенки реактора.
Реактор СМ-3, на квадратный сантиметр в секунду, имеет поток быстрых нейтронов 2,5Е+15 плюс поток тепловых нейтронов 2,5Е+15. Темп выгорания 1% в сутки, до 200% в год.
Реактор БОР-60 имеет поток быстрых нейтронов 2,5Е+15, примерно равный СМ. Но темп выгорания в быстром реакторе в 50 раз ниже – всего до 4% в год. Это связано с очень малыми сечениями деления актинидов в быстром реакторе – порядка 0,5-2 барн, против 500-700 барн в тепловом реакторе.
Следствием низких сечений деления является колоссальная нейтронная нагрузка на конструкционные материалы быстрого реактора, в первую очередь на оболочку твэл.
При средней массе стали оболочки 60 аем, и энергии связи в металле порядка 10 эВ, для выбивания атома металла из кристаллической решетки требуется нейтрон с энергией порядка 600 эВ, или 0,6 кэВ. По закону равенства импульсов, энергии обратно пропорциональны массам сталкивающихся шаров. Все нейтроны энергией меньше этого порога не могут разрушать материал оболочки за счет упругих соударений.
Тепловой нейтрон имеет энергию всего 0,025 эВ, и лишь участвует в тепловом движении атомов.
Доля неупругих соударений на порядки меньше, чем упругих соударений.
Доля быстрых нейтронов в реакторе на тепловых нейтронах, воздействующих на оболочку, вдвое меньше, чем в реакторе на быстрых нейтронах. Вылетает из топлива быстрый нейтрон, возвращается тепловой нейтрон.
При этом темп выгорания в БР ниже в 50 раз.
В итоге, разрушающее действие потока быстрых нейтронов в БОР-60, в приведенном примере выше в 100 раз, чем в СМ-3. Фактически, в реакторе СМ нет проблем с разрушением оболочки, если она сделана из материалов с низким сечением поглощения нейтронов, на порядки меньшем 1 барн – средним сечением неупругого взаимодействия.
При выгорании топлива в реакторе БОР-60 до 10%, материал оболочки претерпевает 90-100 смещений на атом, при это при выгорании топлива 50% в реакторе СМ-3, материал оболочки получает всего 5 смещений на атом.
Кроме низкого нейтронного воздействия, керметное ядерное топливо имеет около-нулевое воздействие осколков деления на оболочку. Все «газы» удерживаются в алюминии. Это приводит к снижению коррозии от продуктов деления на порядки.
Многие мишени с алюминиевым керметом и алюминиевой оболочкой не требуют герметизации сваркой. Достаточно завальцовки оболочки, чтобы «газы» не вырвались наружу, в теплоноситель. В алюминиевом кермете давление осколочных газов под оболочкой отсутствует.
Термоядерный нейтрон (14 МэВ), Релятивистский нейтрон (десятки МэВ и более) кратно или на порядки опаснее нейтрона деления (2,1 МэВ) для оболочки. Так как сечения деления практически не растут с увеличением энергии быстрого нейтрона, а разрушение оболочки прямо пропорционально средней энергии нейтрона, в гибридных электро-ядерных реакторах или ядерно-релятивистских реакторах невозможно достижение выгорания даже в 1-3% т.а. Далее требуется замена первой стенки, то есть оболочки топлива.
Дементий Башкиров