Импульсный реактор - ядерный реактор ,в к-ром цепная реакция деления ядер развивается на мгновенных нейтронах и носит импульсный характер. На короткий промежуток времени (от 10-4 с до 10-1
с) в И. р. с помощью спец. устройств (модуляторов реактивности)
создаётся надкритич. состояние, т. е. коэф. размножения нейтронов К
в реакторе становится больше 1 (без учёта запаздывающих нейтронов), и
мощность И. р. (т. е. интенсивность процесса деления ядер) быстро
нарастает. Затем И. р. переводится в подкритич. состояние и процесс
затухает. И. р. служат источниками нейтронных импульсов. Выделяющаяся в
результате деления энергия не используется и отводится теплоносителем.
По способу инициирования и гашения импульсов И. р. разделяются на 3
типа.
Самогасящиеся И. р. (апериодические, взрывные) работают
в режиме редких апериодич. вспышек мощности. Импульс развивается в
результате быстрого введения в активную зону реактора уранового стержня
(в И. р. на быстрых нейтронах) или выведения поглощающих нейтроны
стержней (в И. р. на тепловых нейтронах), а гасится в результате влияния
энерговыделения на коэф. размножения нейтронов (отрицат. обратная
связь). Так, в И. р. на быстрых нейтронах затухание импульса происходит
вследствие теплового расширения активной зоны и соответствующего
увеличения утечки нейтронов. В И. р. на тепловых нейтронах механизмы
гашения цеппой реакции деления более разнообразны: из-за нагрева
замедлителя тепловые нейтроны менее эффективно делят ядра урана;
увеличивается резонансное поглощение нейтронов из-за уширения резонансов
(эффект Доплера); уменьшается плотность жидкой активной зоны (водный
раствор урана) из-за возникновения пузырьков газа, образующегося при
радиолизе жидкости, и др. Сильный эффект самогашения возможен только при
нагреве реактора за время импульса до температуры порядка 1000 К. Время,
необходимое для охлаждения реактора, определяет частоту повторения
вспышек (не чаще 2-3 раз в сутки).
Типичные параметры самогасящихся И. р. на быстрых нейтронах: 1017-1018 актов деления за 1 импульс; полуширина импульса 25-700 мкс; поток нейтронов за время импульса (флюенс) 1015 нейтр/см2. Для И. р. на тепловых нейтронах: 1018-1020 делений за импульс; полуширина импульса 3-100 мс; флюенс тепловых нейтронов 1017 нейтр/см2.
Самогасящиеся И. р. используются для изучения мгновенного воздействия
нейтронного и g-излученнй на материалы, приборы и биол. объекты; для
испытания ТВЭЛов ядерных реакторов в условиях аварии, для разработки лазеров с ядерной накачкой; для нейтронного
активационного анализа.
Гл. проблема для самогасящихся И. р.- т. н. тепловой удар, возникающий
вследствие того, что тепловое расширение элементов активной зоны не
успевает реализоваться за время нагрева (сжатая пружина). В металлич.
конструкциях активной зоны И. р. на быстрых нейтронах в результате этого
развиваются напряжения, достигающие предела прочности, что ограничивает энергию импульса.
Периодич. И. р. (мигающий, пульсирующий) работает в
режиме периодически повторяющихся импульсов мощности, к-рые инициируются
и гасятся за счёт периодич. движения части активной зоны, части
отражателя либо замедлителя (модулятора реактивности). Полуширина
импульса
где t - время "жизни" одного поколения мгновенных нейтронов в реакторе, g
- скорость изменения коэф. размножения нейтронов за счёт движения
модулятора реактивности в момент времени, соответствующий максимуму
импульса. Короткий импульс можно получить только в реакторе на быстрых
нейтронах, где t мало (10-8-10-7 с).
Периодич. И. р. занимают промежуточное положение между самогасящимися И.
р. и обычными непрерывными реакторами. Они уступают первым по
интенсивности импульсов и вторым по ср. мощности, однако значительно
превосходят последние по значению потока нейтронов в импульсе, а первые -
по ср. мощности. Так, ИБР-2 (ОИЯИ, Дубна), самый мощный из трёх
функционирующих И. р. этого типа, имеет ср. мощность 2 МВт, частоту
импульсов 5 с-1, полуширину импульса быстрых нейтронов 215 мкс, плотность потока тепловых нейтронов на поверхности внеш. замедлителя в максимуме импульса 1016 нейтр/см2с.
Осн. назначение периодич. И. р.- исследования на выведенных пучках медленных нейтронов с применением нейтронной спектроскопии по времени пролёта, особенно для целей нейтронографии
конденсированных сред. Для сокращения длительности нейтронного импульса
необходимы быстрые модуляторы реактивности, способные изменять коэф.
размножения нейтронов со скоростью ~100 с-1.
Бустеры - подкритич. реакторы (K<1), в к-рых импульс
мощности инициируется нач. импульсом нейтронов от внеш. источника,
размножение нейтронов в активной зоне гасится при затухании цепной
реакции деления после выключения источника. Длительность нейтронного
импульса в бустере больше длительности внеш. источника на величину
порядка t/(1- k), где t - время жизни мгновенных нейтронов, k - эффективный коэф. размножения. Количество нейтронов, генерированное в импульсе в 1/(1-k) раз, превышает число нейтронов источника. В качестве внеш. источника используют фотонейтроны из мишеней импульсных сильноточных ускорителей
электронов с энергией 30-100 МэВ (на 100 электронов в мишени рождается
приблизительно 1 нейтрон). Более эффективны протоны с энергией ~1 ГэВ. В
бустерах удаётся получить наиб. короткие импульсы (~1 мкс), однако при
более низкой мощности.
Литература по импульсным реакторам
Шабалин Е. П., Импульсные реакторы на быстрых нейтронах, М., 1976;
Ломидзе В. Л., Импульсные ядерные реакторы, М., 1982;
Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики. Сб. науч. трудов, Л., 1984.
