Стартовый источник нейтронов

Источник нейтронов, используемый для запуска ядерных реакторов

Стартовый источник нейтронов — источник нейтронов, используемый для стабильного и надежного инициирования цепной ядерной реакции в ядерных реакторах при загрузке в них свежего ядерного топлива , поток нейтронов от спонтанного деления которых недостаточен для надежного запуска или после длительных периодов простоя. Источники нейтронов обеспечивают постоянную минимальную популяцию нейтронов в активной зоне реактора, достаточную для плавного запуска. Без них реактор мог бы испытывать резкие скачки мощности во время запуска из состояния со слишком малым количеством самогенерируемых нейтронов (новая активная зона или после длительного останова).

Источники запуска обычно вставляются в определенные места внутри активной зоны реактора вместо некоторых топливных стержней .

Источники важны для безопасного запуска реактора. Спонтанное деление и окружающее излучение, такое как космические лучи, служат слабыми источниками нейтронов, но они слишком слабы, чтобы их можно было обнаружить приборами реактора; если полагаться на них, это может привести к «слепому» старту, что является потенциально небезопасным состоянием. Слепые запуски использовались на заре американской программы атомных подводных лодок, до того как были решены проблемы коррозии оболочки источников запуска. (Утечка первых источников нейтронов загрязнила реакторы, что сделало техническое обслуживание опасным.) ^[1] Поэтому источники расположены так, чтобы поток нейтронов, который они производят, всегда обнаруживался приборами контроля реактора. Когда реактор находится в остановленном состоянии, источники нейтронов служат для подачи сигналов на детекторы нейтронов, контролирующие реактор, для обеспечения их работоспособности. ^[2] Равновесный уровень нейтронного потока в подкритическом реакторе зависит от мощности источника нейтронов; Поэтому необходимо обеспечить определенный минимальный уровень активности источника, чтобы поддерживать контроль над реактором в сильно подкритическом состоянии, а именно во время пусков. ^[3]

Источники могут быть двух типов: ^[4]

• Первичные источники , используемые для запуска свежей активной зоны реактора; используются традиционные источники нейтронов . Первичные источники удаляются из реактора после первой топливной кампании, обычно через несколько месяцев, поскольку захват нейтронов в результате потока тепловых нейтронов в работающем реакторе изменяет состав используемых изотопов и, таким образом, сокращает их полезный срок службы в качестве источников нейтронов.
  • Калифорний-252 ( спонтанное деление )
  • Плутоний-238 и бериллий , (α,n) реакция
  • америций-241 и бериллий, (α,n) реакция
  • полоний -210 и бериллий, (α,n) реакция
  • радий -226 и бериллий, (α,n) реакция ^[5]

Когда используются первичные источники плутония-238 /бериллия, они могут быть либо прикреплены к стержням управления , которые вынимаются из реактора при его включении, либо покрыты сплавом кадмия , который непрозрачен для тепловых нейтронов (уменьшая трансмутацию плутония-бериллия). 238 путем захвата нейтронов), но прозрачен для быстрых нейтронов, производимых источником. ^[2]

• Вторичные источники , изначально инертные, становятся радиоактивными и производящими нейтроны только после активации нейтронов в реакторе. Благодаря этому они, как правило, стоят дешевле. Воздействие тепловыми нейтронами также способствует поддержанию активности источника (радиоактивные изотопы как сгорают, так и образуются в потоке нейтронов).
  • Sb – источник фотонейтронов Be ; сурьма становится радиоактивной в реакторе, и ее сильное гамма-излучение (1,7 МэВ для ¹²⁴ Sb) взаимодействует с бериллием-9 посредством реакции (γ,n) и дает фотонейтроны . В реакторе PWR один стержень источника нейтронов содержит 160 граммов сурьмы и остается в реакторе 5–7 лет. ^[6] Источники часто представляют собой стержень из сурьмы, окруженный слоем бериллия и плакированный нержавеющей сталью . ^{[5] [7]} Также можно использовать сплав сурьмы и бериллия .

Цепная реакция в первом критическом реакторе ЦП-1 была инициирована радий-бериллиевым источником нейтронов. Точно так же в современных реакторах (после запуска) эмиссии запаздывающих нейтронов из продуктов деления достаточно для поддержания реакции усиления, обеспечивая при этом контролируемое время роста. Для сравнения: бомба основана на мгновенных нейтронах и растет экспоненциально за наносекунды.

Рекомендации

1. Атомная энергия Канады (1997). Канада вступает в ядерный век: техническая история компании Atomic Energy of Canada Limited. McGill-Queen's Press - MQUP. п. 224. ИСБН 0-7735-1601-8.
2. Патент США 4 208 247 Источник нейтронов.
3. «Microsoft Word — лекции25.doc» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29 июня 2011 года . Проверено 28 марта 2010 г.
4. Кен Кок (2009). Справочник по ядерной инженерии. ЦРК Пресс. п. 27. ISBN 978-1-4200-5390-6.
5. Интегрированное издательство. «Краткая информация об источниках нейтронов». Tpub.com . Проверено 28 марта 2010 г.
6. Карл-Хайнц Нееб (1997). Радиохимия атомных электростанций с легководными реакторами. Вальтер де Грюйтер. п. 147. ИСБН 3-11-013242-7.
7. «Меморандум от Рэймонда Л. Мюррея доктору Клиффорду К. Беку». Lib.ncsu.edu . Проверено 28 марта 2010 г.