патенты / 21204

817752-- = "/"; . , . . , . . , . , , . .

... 60%


. :
:
УведомлениеЭтот перевод сделан компьютером. Невозможно гарантировать, что он является ясным, точным, полным, верным или отвечает конкретным целям. Важные решения, такие как относящиеся к коммерции или финансовые решения, не должны основываться на продукте машинного перевода.
РћРџРРЎРђРќРР• РЗОБРЕТЕНРРЇ GB817752A
[]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦРР¤РРљРђР¦РРЇ 8 17,752 Дата подачи заявки Рё подачи полной спецификации: 2 мая 1945 Рі. 8 17,752 : 2, 1945. в„– 11190/45. 11190/45. Заявление подано РІ Соединенных Штатах Америки 4 мая 1944 РіРѕРґР°. 4, 1944. Опубликована полная спецификация -67 <-5591 (Р’ соответствии СЃ правилом 17 Правил Рѕ патентах 1939-47, РѕРіРѕРІРѕСЂРєР° Рє разделу 91 (4) Законов Рѕ патентах Рё промышленных образцах СЃ 1907 РїРѕ 1946 РіРѕРґС‹ вступила РІ силу 4 апреля 1957 РіРѕРґР°). -67 <-5591 ( 17 1939-47, 91 ( 4) , 1907 1946 4, 1957). Рндекс РїСЂРё приемке: -Класс 39(4), РЎ( 2 Р‘ 2:2 Р–:3 РЎ:4132). :- 39 ( 4), ( 2 2: 2 : 3 : 4132). Международная классификация:'- 21. :'- 21. ПОЛНАЯ СПЕЦРР¤РРљРђР¦РРЇ Системы ядерной цепной реакции РњС‹, УПРАВЛЕНРР• РџРћ РђРўРћРњРќРћР™ ЭНЕРГЕТРРљР• СОЕДРНЕННОГО КОРОЛЕВСТВА, Лондон, британский орган, настоящим заявляем Рѕ РїСЂРёСЂРѕРґРµ этого изобретения Рё Рѕ том, каким образом РѕРЅРѕ должно быть реализовано, которые Р±СѓРґСѓС‚ РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ описаны Рё подтверждены следующим: заявление: - , , , , , : - Настоящее изобретение относится Рє общему предмету ядерного деления, Р° более конкретно Рє средствам Рё СЃРїРѕСЃРѕР±Сѓ создания Рё измерения цепной реакции, полученной ядерным делением РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ урана, имеющего содержание изотопа 235 примерно 1/139. 235 1/139. РљРѕРіРґР° стало известно, что изотоп 235 РІ РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРј уране может быть расщеплен или разделен бомбардировкой тепловыми нейтронами, С‚. Рµ. нейтронами, находящимися РІ тепловом равновесии СЃ окружающей средой, было сделано множество предсказаний Рѕ возможности получения самоподдерживающейся системы цепной реакции. , С‚. Рµ. система, РІ которой образующиеся нейтроны деления порождают новые нейтроны деления РІ достаточно большом количестве, чтобы преодолеть нейтронные потери РІ системе. Поскольку результатом деления СЏРґСЂР° урана является образование РґРІСѓС… более легких элементов СЃ большой кинетической энергией плюс около 2 нейтронов РІ среднем РЅР° каждое деление, вместе СЃ бета- Рё гамма-излучением, можно было Р±С‹ получить большое количество энергии, если Р±С‹ можно было построить самоподдерживающуюся систему. 235 - , - , , 2 , , - . Однако нейтроны, образующиеся РІ процессе деления, высвобождаются СЃ очень высокой энергией, РІ среднем превышающей РѕРґРёРЅ миллион электрон-вольт, Рё поэтому РЅРµ РІ состоянии наиболее эффективно использоваться для создания новых делений РІ 235. Быстрые нейтроны деления после того, как РѕРЅРё созданные, должны быть замедлены РґРѕ тепловой энергии, прежде чем РѕРЅРё станут наиболее эффективными для получения РЅРѕРІРѕРіРѕ деления путем бомбардировки дополнительных атомов 231. Если можно создать систему, РІ которой нейтроны замедляются без РѕСЃРѕР±РѕРіРѕ поглощения РґРѕ тех РїРѕСЂ, РїРѕРєР° РѕРЅРё РЅРµ достигнут тепловой энергии, Р° затем РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј перейдут РІ уран, Р° РЅРµ какой-либо РґСЂСѓРіРѕР№ элемент, можно получить РІ результате цепной ядерной реакции. Легкие элементы, такие как дейтерий, бериллий или карJ Цена 3 СЃ 6 Рґ. , 235 , , 231 , , , , 3 6 . Р±РѕРЅ, последний предпочтительно РІ форме графита, может использоваться РІ качестве замедляющего агента. Р’РѕРґРѕСЂРѕРґ был Р±С‹ наиболее выгодным, если Р±С‹ РЅРµ тот факт, что существует высокая вероятность захвата нейтрона СЏРґСЂРѕРј РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°. РћСЃРѕР±РѕРµ преимущество использования света Элементы, упомянутые для замедления быстрых нейтронов деления, заключаются РІ том, что для замедления требуется меньшее количество столкновений, чем РІ случае СЃ более тяжелыми элементами. Поскольку Рё бериллий, Рё дейтерий РґРѕСЂРѕРіРё Рё недоступны РІ больших количествах, углерод РІ форме графита является относительно недорогим, практичный Рё легкодоступный агент для замедления быстрых нейтронов РґРѕ тепловых энергий. Недавно бериллий стал доступен РІ достаточно больших количествах для проверки пригодности для использования РІ качестве материала, замедляющего нейтроны, РІ системе описываемого типа. быть РІРѕ всех отношениях столь же удовлетворительным, как углерод. , , , , , , . Настоящее изобретение касается системы цепной реакции, основанной РЅР° сочетании делящегося материала Рё замедляющей среды таким образом, что воспроизводство нейтронов РІ системе практических размеров превышает количество нейтронов, потерянных РІ системе. . Самые ранние попытки создать структуру, СЃРїРѕСЃРѕР±РЅСѓСЋ поддерживать цепную реакцию, СЃ использованием РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ урана включали использование мелких частиц урана, таких как порошок РѕРєСЃРёРґР° урана, диспергированных РІ РІРѕРґРµ, РІ качестве замедляющего агента. Однако эти попытки РЅРµ увенчались успехом, Рё анализ экспериментов показало, что потери нейтронов РІ такой системе Р±СѓРґСѓС‚ препятствовать поддержанию цепной реакции независимо РѕС‚ размера системы. Однако цепная реакция будет иметь место РІ такой системе, РЅРѕ цепочка, начатая любым числом нейтронов, будет вымирают после нескольких делений. Такая цепочка известна как сходящаяся цепная реакция. Только РєРѕРіРґР° цепочка, начатая числом нейтронов, продолжается СЃ образованием более нейтронов РІ каждом цикле деления, можно сказать, что цепочка расходится Даже РєРѕРіРґР° можно сказать, что цепочка расходится, потери нейтронов РІСЃРµ еще РјРѕРіСѓС‚ быть достаточно высокими, чтобы предотвратить поддержание цепной реакции РІ системе практических размеров. Поэтому важно знать РіРґРµ РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґСЏС‚ такие потери нейтронов. , , , , , , , 1 , 6 , . РџСЂРё обмене нейтронами между частицами или телами урана, диспергированными РІ замедляющей среде, нейтроны РјРѕРіСѓС‚ теряться четырьмя способами: путем поглощения РІ металлическом уране или соединении, РІ котором нейтроны возникли или РІ которое РѕРЅРё РІ конечном итоге РјРѕРіСѓС‚ проникнуть, РЅРµ вызывая деления, путем поглощения РІ замедляющемся материале - Р·Р° счет захвата примесями, присутствующими РІ системе, Рё Р·Р° счет выхода РёР· структуры путем диффузии. , : , , , . Природный уран, РІ частности РёР·-Р·Р° большого содержания 2 - 8, обладает особенно сильной поглощающей способностью для нейтронов, РєРѕРіРґР° РѕРЅРё замедлены РґРѕ умеренной энергии, причем это поглощение РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РїСЂРё так называемых резонансных энергиях. энергии называется резонансным поглощением или захватом урана; РѕРЅ вызывается изотопом 2 " 8 Рё РЅРµ РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє делению, РЅРѕ РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє образованию относительно стабильного СЏРґСЂР° 94239. Его РЅРµ следует путать СЃ поглощением или захватом нейтронов примеси, Рѕ которых пойдет речь ниже. , 2 " 8 , , - ; 2 " 8 94239 , . Поглощение нейтронного резонанса РІ уране может происходить либо РЅР° поверхности урановых тел, Рё РІ этом случае поглощение известно как поверхностное резонансное поглощение, либо РѕРЅРѕ может происходить дальше внутри уранового тела, Рё РІ этом случае поглощение известное как объемное резонансное поглощение. , , , . Объемное резонансное поглощение связано СЃ тем, что нейтроны сталкиваются внутри уранового тела Рё, таким образом, РјРѕРіСѓС‚ достичь резонансной энергии внутри тела Рё сразу же поглотиться. . После успешного достижения тепловых скоростей нейтроны также РјРѕРіСѓС‚ быть захвачены 21 без деления, что приведет Рє образованию 942391. Тепловые нейтроны также РјРѕРіСѓС‚ быть захвачены замедляющимся материалом. Р’ то время как углерод, бериллий Рё дейтерий имеют очень малый крест захвата. Р’ секциях для тепловых нейтронов значительная часть тепловых нейтронов теряется Р·Р° счет захвата РІ замедляющемся материале РІРѕ время диффузии через РЅРёС… РґРѕ того, как будет достигнуто урановое тело. Поэтому желательно, чтобы нейтроны после достижения тепловой энергии сразу же попадали РІ уран. , 21 , 942391 , - , , . Р’ дополнение Рє потерям, которые РїРѕ своей сути являются частью процесса цепной ядерной реакции, примеси, присутствующие как РІ замедляющем материале, так Рё РІ уране, добавляют очень важный фактор потерь нейтронов РІ цепочке. Эффективность различных элементов РІ качестве поглотителей нейтронов сильно различается. Некоторые элементы, такие как поскольку гадолиний, Р±РѕСЂ, кадмий Рё некоторые РґСЂСѓРіРёРµ, если РѕРЅРё присутствуют даже РІ нескольких частях РЅР° миллион, весьма вероятно РјРѕРіСѓС‚ предотвратить самоподдерживающуюся цепную реакцию. Поэтому очень важно уметь каким-либо образом оценить эффект потерь РёР·-Р·Р° таких примесей Рё, насколько это возможно, удалить как РёР· замедляющего материала, так Рё РёР· урана РІСЃРµ примеси, захватывающие нейтроны РІ ущерб цепной реакции. , , , , , - , , , , . Отношение числа быстрых нейтронов, образующихся Р·Р° РѕРґРЅРѕ поколение РІ результате деления, Рє РёСЃС…РѕРґРЅРѕРјСѓ числу быстрых нейтронов РІ системе бесконечного размера называется коэффициентом воспроизводства или умножения системы Рё обозначается символом . РЅРµ учитывает конечный размер системы, поэтому является фактором, определяемым геометрией системы, С‚. Рµ. СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј расположения урана РІ замедляющем материале, Р° также влиянием фиксированных примесей РІ материалах. Если может быть определен Если число нейтронов больше единицы, что указывает РЅР° то, что паразитически поглощается меньше нейтронов, чем образуется РїСЂРё делении, уран будет поддерживать самоподдерживающуюся цепную реакцию РїСЂРё условии, что общий размер системы достаточно велик, чтобы предотвратить попадание слишком большого процента генерируемых нейтронов. выход РёР· системы Таким образом, общий размер важен, РєРѕРіРґР° больше единицы. , , , , , , , , , - , . Общий размер, необходимый для системы, будет варьироваться РІ зависимости РѕС‚ потерь нейтронов РІ цепи. Если конструкция слишком мала, СЃ большим отношением поверхности Рє объему, будет высокая скорость потери нейтронов РёР· конструкции РёР·-Р·Р° утечки через внешние поверхности, которые РјРѕРіСѓС‚ уменьшить количество нейтронов, доступных для цепочки деления внутри структуры, РґРѕ такой степени, что цепная реакция РЅРµ будет самоподдерживаться. Для каждого значения коэффициента воспроизводства , большего единицы, таким образом, требуется минимальный общий размер структуры, известной как критическая масса или размер, выше которой скорость потери нейтронов Р·Р° счет диффузии через периферию структуры меньше скорости образования нейтронов, что делает систему самоподдерживающейся. , , , - , , , -. Скорость диффузии нейтронов РёР· большой структуры, РІ которой РѕРЅРё создаются, можно определить СЃ помощью математического анализа. , . Однако РІСЃРµ еще может быть больше единицы, РЅРѕ настолько близко Рє единице, что РЅРё РѕРґРЅР° система практического размера РЅРµ сможет поддерживать цепную реакцию, поскольку скорость потери внешних нейтронов всегда будет слишком высокой, независимо РѕС‚ любого практического размера, РґРѕ которого построена структура. Поэтому важно, чтобы РІСЃРµ потери были сведены Рє РјРёРЅРёРјСѓРјСѓ, чтобы обеспечить достаточно большой коэффициент Рљ, позволяющий системе, СЃРїРѕСЃРѕР±РЅРѕР№ поддерживать цепную реакцию, иметь практический размер. , , , . Чтобы проиллюстрировать важность различных факторов, вступающих РІ цепную реакцию, РјС‹ затем опишем, например, процесс цепной реакции, как РІ настоящее время считается, что РѕРЅ РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РІ любой системе конечного размера, использующей природный уран, диспергированный РІ графите. здесь выполнена схема, составляющая фиг. 10 прилагаемых чертежей; описание остальных цифр удобнее изложить РІ 817,752 РІ системе порошок РѕРєСЃРёРґР° урана-РІРѕРґР°. Замедляющую среду можно заменить СЃ РІРѕРґС‹ РЅР° тяжелую РІРѕРґСѓ, графит или бериллий, чтобы уменьшить захват нейтронов замедляющей средой. Влияние примесей может быть уменьшено Р·Р° счет очистки как урана, так Рё замедляющего материала РґРѕ максимально возможной степени. Р’СЃРµ эти процедуры имеют тенденцию уменьшать потери нейтронов РІ цепочке Рё увеличивать вероятность того, что станет больше единицы. , , , 10 ; 817,752 - , . РљСЂРѕРјРµ того, для выполнения предпосылки Рѕ том, что быстрые нейтроны деления замедляются РґРѕ тепловых энергий РІ замедляющей среде, прежде чем СЃРЅРѕРІР° войти РІ атомы урана без слишком большого поглощения РІ уране, необходимо изменить физическое расположение урана РІ системе. Благодаря этому полученная смесь уранового порошка Рё замедляющего материала может быть использована для более эффективного воспроизводства нейтронов. , , . РњС‹ обнаружили, например, как будет показано РІ дальнейшем, что Р·Р° счет правильного физического расположения материалов можно существенно уменьшить потери РЅР° резонансное поглощение нейтронов РІ системе ниже потерь РЅР° резонансное поглощение урана, происходящих РІ смеси тонкодисперсного РѕРєСЃРёРґР° урана. порошок РІ РІРѕРґРµ, имеющий одинаковое объемное соотношение урана Рё замедляющего материала. Благодаря использованию легких элементов, описанных выше для замедляющих материалов, требуется меньше столкновений для замедления нейтронов РґРѕ тепловой энергии, что РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє большим приращениям потерь энергии между столкновениями, что снижает вероятность того, что нейтрон будет иметь любую резонансную энергию РїСЂРё попадании РІ атом урана. Однако РІ процессе замедления нейтроны диффундируют через замедляющую среду РїРѕ случайным путям Рё расстояниям, так что уран подвергается воздействию РЅРµ только тепловых нейтронов, РЅРѕ Рё нейтронов. энергий, варьирующихся между тепловой энергией Рё высокой начальной энергией нейтронов, выделяющихся РїСЂРё делении. Нейтроны СЃ резонансными энергиями урана, если РѕРЅРё попадут РІ уран СЃ этими энергиями, Р±СѓРґСѓС‚ поглощены поверхностью уранового тела, независимо РѕС‚ его размера, вызывая поверхностное поглощение. , , , , , , , , , , , , . Поэтому любое существенное общее уменьшение поверхности того же количества урана уменьшит поверхностное поглощение, Рё любое такое уменьшение поверхностного поглощения приведет Рє высвобождению нейтронов, которые вступят непосредственно РІ цепную реакцию. , . Для данного соотношения РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ урана Рё замедляющего материала потери нейтронов РІ уране РЅР° поверхностное резонансное поглощение РјРѕРіСѓС‚ быть существенно уменьшены РІ большом Рё значительном разе Р·Р° счет потерь, происходящих РІ структуре, состоящей РёР· распределения мелкодисперсного порошка РѕРєСЃРёРґР° урана РїРѕ замедляющей среде. путем агрегирования урана РІРѕ множество существенных масс, средний пространственный диаметр которых составляет РїРѕ меньшей мере 1 СЃРј. Например, РІ графите достигается заметное преимущество. , , 1 , , . Таким образом, можно получить существенный выигрыш РІ количестве нейтронов, которые Р±СѓРґСѓС‚ непосредственно доступны РІ следующей части данного описания. . РќР° СЂРёСЃ. 10: 10: Рђ представляет СЃРѕР±РѕР№ урановое тело любого размера, РёР· которого РІ результате процесса деления высвобождаются быстрые нейтроны. . представляет СЃРѕР±РѕР№ потерю быстрых нейтронов РёР·-Р·Р° утечки РёР· системы. . представляет СЃРѕР±РѕР№ урановое тело любого размера, РІ котором РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ как объемное, так Рё поверхностное резонансное поглощение нейтронов 298 РїСЂРё резонансных энергиях выше тепловой энергии СЃ образованием 94239. 298 , , 94239. представляет количество нейтронов, достигающих тепловой энергии. . представляет СЃРѕР±РѕР№ потерю тепловых нейтронов Р·Р° счет диффузии тепловых нейтронов РёР· системы. . представляет СЃРѕР±РѕР№ потерю нейтронов, вызванную захватом нейтронов примесями как РІ уране, так Рё РІ графите. . представляет СЃРѕР±РѕР№ потерю нейтронов РёР·-Р·Р° захвата тепловых нейтронов графитом, РєРѕРіРґР° тепловые нейтроны диффундируют через него, прежде чем попасть РІ уран. . представляет СЃРѕР±РѕР№ количество тепловых нейтронов, попадающих РІ урановое тело. . представляет СЃРѕР±РѕР№ урановое тело любого размера, РІ котором часть тепловых нейтронов, попадающих РІ тело, поглощается 238 СЃ образованием 94230, Р° оставшиеся тепловые нейтроны вызывают новые деления, тем самым РїСЂРѕРёР·РІРѕРґСЏ быстрые нейтроны, некоторые РёР· которых РїСЂРѕРёР·РІРѕРґСЏС‚ дополнительные быстрые нейтроны путем - деление атомов 238. 238 94230, , , - 238 . Четыре потери нейтронов РІ результате упомянутой выше цепной реакции представлены РЅР° СЂРёСЃ. . 10, РіРґРµ резонансное поглощение РІ Рё доля тепловых нейтронов, поглощенных 239 РІ , представляют СЃРѕР±РѕР№ потери РЅР° поглощение урана. Потери РёР·-Р·Р° примесей представлены РІ , потери РёР·-Р·Р° поглощения РІ замедляющемся материале РІ , Р° потери утечки РёР·-Р·Р° конечный размер системы РІ точках Рё . 10, 239 , , . Р’ результате ранее проведенных экспериментов было установлено, что смесь порошка РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ РѕРєСЃРёРґР° урана, диспергированного РІ РІРѕРґРµ, РЅРµ будет поддерживать цепную реакцию, даже если ее использовать РІ системе бесконечного размера, поскольку было определено, что для такой комбинации меньше единицы. Поэтому, чтобы увеличить вероятность достижения системой , большего единицы, необходимо либо увеличить соотношение нейтронов деления, производимых Р·Р° цикл, либо уменьшить потери нейтронов РІ предлагаемой системе РїРѕ сравнению СЃ потерями нейтронов РІ смеси. уранового порошка Рё РІРѕРґС‹. , , , , , , . Рспользование урана, обогащенного путем добавления РІ него естественного содержания делящегося материала, увеличит вероятность того, что поглощенный тепловой нейтрал будет производить деление, Р° РЅРµ поглощаться 2 "8 СЃ образованием 94239, Р° число быстрых нейтронов Р·Р° цикл будет увеличено. Однако если будет использоваться только природный уран, единственный СЃРїРѕСЃРѕР± увеличить вероятность того, что станет больше единицы, — это уменьшить паразитные потери нейтронов РІ системе РїРѕ сравнению СЃ теми, которые существуют817,752 для цепной реакции. Графит является эффективной замедляющей средой, легко получить Рё является предпочтительным для большинства структур. Следовательно, РјС‹ предпочитаем помещать уран РІ систему РІ РІРёРґРµ разнесенных урановых масс или тел значительного размера, предпочтительно РёР· металлического урана, РѕРєСЃРёРґР°, карбида или РёС… комбинаций, вместо использования уран РІ РІРёРґРµ мелких частиц. Урановые тела РјРѕРіСѓС‚ иметь форму слоев, стержней или цилиндров, РєСѓР±РѕРІ или сфер или приблизительных форм, рассредоточенных РїРѕ всему графиту, предпочтительно СЃ некоторым геометрическим СѓР·РѕСЂРѕРј. Графит можно получить РІ РІРёРґРµ блоков. Рё конструкций, построенных путем штабелирования или штабелирования блоков, для целей тестирования можно легко построить конструкцию, называемую сваей. 2 " 8 94239, , , exist817,752 , , , , , , , , , , , , , . Можно провести теоретические расчеты, чтобы определить, возможна ли цепная реакция СЃ коэффициентом Рљ, превышающим единицу, РІ различных типах геометрических комбинаций урана Рё замедляющего материала. . Однако такие расчеты РїРѕ необходимости должны предполагать более или менее произвольные значения коэффициентов деления Рё различных эффектов поглощения нейтронов ураном, углеродом Рё примесями, представленными РІ , , Рё РЅР° СЂРёСЃ. 10, включая влияние физического расположения материалов, поскольку точные значения констант, отражающих эти эффекты, недоступны. РЎ помощью таких теоретических расчетов было Р±С‹ невозможно точно предсказать, возможна ли самоподдерживающаяся цепная реакция РІ данной системе, или предсказать тип структуры, критический размер или конструкцию системы, которую можно построить СЃ любой уверенностью РІ том, что будет получена самоподдерживающаяся цепная реакция, способная производить энергию. Ошибки РёР·-Р·Р° несовершенно известных констант накапливаются РІРѕ время расчета воспроизводства. коэффициент , Рё выводы, полученные РІ результате таких расчетов, РјРѕРіСѓС‚ быть РЅРµ более чем простыми предположениями Рѕ приблизительных условиях, которые могли Р±С‹ получиться, если Р±С‹ предполагаемые значения констант всегда оказывались близкими Рє РёС… реальным или правильным значениям. , , , , , , , 10 , , - , , - , . Прогрессивное эмпирическое расширение любой предложенной системы, для которой коэффициент точно РЅРµ известен, РІ попытке достичь общего размера структуры, выше которого скорость потери нейтронов Р·Р° счет диффузии через периферию структуры меньше скорости потери нейтронов Р·Р° счет диффузии через периферию структуры. производство нейтронов РІ системе РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ лишь Рє дорогостоящей авантюре без гарантии успеха. РўРѕС‚ факт, что больше единицы Рё тот факт, что критический размер находится РІ практических пределах, должен быть заранее установлен достаточно точно, поскольку РІ противном случае предлагаемая структура, имеющая Коэффициент Рљ меньше единицы или даже коэффициент Рљ больше единицы, РЅРѕ близок Рє единице. , . может РЅРµ поддержать цепную реакцию, даже если включить РІ нее весь уран РІ РјРёСЂРµ. . Поэтому для того, чтобы можно было построить любую практическую самоподдерживающуюся систему СЃ цепной реакцией, перед созданием системы необходимо точно знать следующие факторы: , , , : 1
независимо РѕС‚ того, больше или меньше единицы Рљ, Рё 2, если Рљ больше единицы, каков будет минимальный критический размер, необходимый для самоподдерживающейся системы СЃ цепной реакцией, построенной РёР· выбранных материалов Рё СЃ предложенной геометрической РєРѕРјРїРѕРЅРѕРІРєРѕР№. , 2 , 70 - , . Поскольку эффект любой попытки, такой как упомянутая выше, увеличить коэффициент воспроизводства системы , как указывалось выше, РЅРµ может быть точно предсказан только РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ расчетов, было необходимо обеспечить средства Рё метод определения значение коэффициента воспроизводства 80 РІ любой предлагаемой системе. , 75 , , , , , 80 . Поскольку РІСЃРµ этапы цепной реакции, описанной выше, РІРЅРѕСЃСЏС‚ СЃРІРѕР№ вклад РІ значение коэффициента воспроизводства, если значение может быть непосредственно определено относительно его отношения Рє единице 85 путем РїСЂСЏРјРѕРіРѕ измерения плотности нейтронов, существующих РІ структурах, имеющих определенную геометрию Рё материалов, то значения отдельных содействующих констант РЅРµ обязательно должны быть известны. 90 Рзобретение заключается РІ цепной реагирующей структуре, состоящей РёР· РѕСЃРЅРѕРІС‹ РёР· замедляющего нейтроны материала, множества блоков замедляющего нейтроны материала, сложенных РІ вытянутую массу РІ форме параллелепипеда, имеющую прямоугольное поперечное сечение. 95 секция, установленная РЅР° основании, множество урановых тел, распределенных РІ массе 5, источник нейтронов вблизи стыка массы Рё основания, масса имеет множество щелей, простирающихся снаружи РґРѕ точек 100, прилегающих Рє вертикальной РѕСЃРё указанной массы. - , 85 , 90 - , 95 , 5 , 100 . Рзобретение также состоит РІ структуре СЃ цепной реакцией, РїРѕ существу такой, как описано СЃРѕ ссылкой РЅР° СЂРёСЃСѓРЅРєРё 1-9 Рё СЂРёСЃСѓРЅРѕРє 10 прилагаемых СЂРёСЃСѓРЅРєРѕРІ 105. Поскольку РѕРґРёРЅ Рё тот же механизм ядерного деления действует РІРѕ всех частях структуры, РіРґРµ одинаковая геометрия урана Рё замедляющийся материал существует, единственное отличие цепной реакции РІ небольшой, РЅРѕ представительной части структуры РѕС‚ цепной реакции РІРѕ всей структуре состоит РІ том, что скорость потери нейтронов Р·Р° счет внешней утечки выше РІ небольших структурах, чем РІ более крупных структурах. 1 9 10 105 , 110 . РњС‹ обнаружили, что, измеряя плотности нейтронов 115 РІ небольшой структуре Рё математически соотнося полученные измерения плотности СЃ размерами небольшой структуры, РјС‹ можем определить условия цепной реакции, которые существовали Р±С‹ РІ гораздо более РєСЂСѓРїРЅРѕР№ структуре 120, имеющей такое же геометрическое расположение. РёР· тех же материалов. 115 , 120 . Таким образом, настоящее изобретение ценно как относительно недорогое устройство для измерения действия механизма ядерной цепи РІ относительно небольшой структуре Рё, РІ частности, для определения величины Рђ (определенной ниже) для конкретных условий Рё для изучения влияния РЅР° нее. Рё соответствующие количества изменений РІ этих условиях. Коэффициент будет больше 130 817 752. Фиг. 1 представляет СЃРѕР±РѕР№ РІРёРґ спереди промежуточной сваи, образующей часть объекта настоящего изобретения; Фиг.2 представляет СЃРѕР±РѕР№ горизонтальное сечение РїРѕ линии 2-2 фиг.1; 70. Фиг.3 представляет СЃРѕР±РѕР№ вертикальный разрез устройства РїРѕ линии 3-3 РЅР° Фиг.4; Фиг.4 представляет СЃРѕР±РѕР№ горизонтальное сечение РїРѕ линии 4-4 РЅР° Фиг.3; Фиг.5 представляет СЃРѕР±РѕР№ вертикальное сечение РїРѕ линии 5-5 РЅР° Фиг.1; Фиг.6 представляет СЃРѕР±РѕР№ увеличенный РІРёРґ РІ перспективе блока детектора, используемого для проведения измерений РІ устройстве, причем РІРёРґ показывает кастрюли или лотки, разнесенные РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° для обеспечения ясности; Фиг.7 представляет СЃРѕР±РѕР№ продольный разрез пластинчатой части детекторного блока, показанного РЅР° Фиг.6; Фиг.8 представляет СЃРѕР±РѕР№ РІРёРґ РІ перспективе стержня 85, содержащего источник нейтронов, показанный РЅР° Фиг.5; Фиг.9 - увеличенный, фрагментарный, детальный РІРёРґ РІ разрезе стержня Рё источника нейтронов, показанных РЅР° Фиг.5 Рё 8, причем РІРёРґ РІР·СЏС‚ РїРѕ линии 9-9 РЅР° Фиг.8; 90 Р РёСЃ. 10 представляет СЃРѕР±РѕР№ диаграмму или диаграмму, показывающую, что РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ СЃ нейтронами РІРѕ время цепной реакции; Рё фиг. 11 представляет СЃРѕР±РѕР№ РІРёРґ РІ перспективе части промежуточной сваи, показывающий конструкцию блока 95. 125 , ( ), , 130 817,752 1 ; 2 2-2 1; 70 3 3-3 4; 4 4-4 3; 5 75 5-5 1; 6 , 80 ; 7 6; 8 85 5; 9 , , 5 8, 9-9 8; 90 10 ; 11 , 95 . Конкретный вариант осуществления настоящего изобретения выбран РІ целях раскрытия, РїСЂРё этом признается, что РјРЅРѕРіРёРµ модификации РјРѕРіСѓС‚ быть сделаны, РЅРµ выходя Р·Р° пределы предполагаемого объема изобретения. , 100 . Что касается фигур, то конструкция или свая, обычно обозначенная цифрой 15 РЅР° СЂРёСЃ. 1, представляющая, например, только часть предлагаемой системы самоподдерживающейся цепной реакции, представляет СЃРѕР±РѕР№ 105 колонну высотой 11 футов, имеющую квадратное поперечное сечение СЃ размером сторона около 8 футов. Колонна опирается РЅР° парафиновое основание 16, площадь которого составляет около 10 квадратных футов Рё толщину 1 фут. , , 15 1 , , - , 105 11 8 16, 10 1 . РџСЂРё желании основание также может быть изготовлено РёР· слоя графита толщиной около 3 футов (110 футов). 110 3 () , . Как показано РЅР° фиг.3 Рё 4, устройство содержит множество урановых тел РІ форме РєСѓР±РѕРІ 17 СЃРѕ стороной около 8 РґСЋР№РјРѕРІ, расположенных РІ графите 18. Расстояние между 115 урановыми телами составляет 8 РґСЋР№РјРѕРІ. Между парафиновым основанием 16 Рё первый слой 17 РєСѓР±РёРєРѕРІ урана представляет СЃРѕР±РѕР№ слой графита толщиной 8 РґСЋР№РјРѕРІ. 3 4, 17 8 , 18 115 8 16 17 8 . Ссылаясь РЅР° фиг. 3, показанная конструкция состоит РёР· множества ячеек 19, каждая ячейка 120 содержит РѕРґРЅРѕ урановое тело Рё массу графита, Рё, как показано РЅР° фиг. 3, каждая ячейка имеет сторону, равную РїРѕ длине РІ РґРІР° раза большей длине. стороны уранового тела. Р’ общем смысле ячейка — это та единица, которая повторяется РІРѕ всей массе, образуя РІСЃСЋ структуру. 3, 19, 120 , , 3, , 125 . Хотя были даны конкретные размеры реагирующей структуры, признается, что РјРѕРіСѓС‚ быть сделаны некоторые изменения. структура цепной реакции, РїСЂРё которой значение Рђ установлено как отрицательное Рё его значение определено, как РјС‹ обнаружили, что РѕРЅРѕ может быть, РІ небольшой, РЅРѕ репрезентативной части любой предложенной структуры СЃ цепной реакцией. Следовательно, нет необходимости фактически создавать структуру цепной реакции. структура предполагаемого критического размера, основанная исключительно РЅР° расчетах СЃ использованием предполагаемых постоянных значений, чтобы проверить геометрию Рё чистоту используемых материалов. Таким образом, закупку полного количества материалов для предлагаемой структуры необходимо производить только после желаемого Рё точные характеристики структуры были экспериментально определены посредством изобретения. , 130 - , , , , , . Р’ предпочтительной РІ настоящее время форме устройства изобретение включает конструкцию, такую как колонна, имеющая квадратное поперечное сечение СЃ желаемым расположением урансодержащих тел, погруженных РІ замедляющий материал, такой как тяжелая РІРѕРґР°, графит или бериллий. наращивается или укладывается РЅР° подходящее основание слой Р·Р° слоем. Ценный материал можно сэкономить, построив колонну РЅР° основании РёР· замедляющих материалов, таких как, например, графит или парафин. Рсточник нейтронов можно разместить вблизи нижней части колонны. Рсточник может быть помещен внутри основания так, чтобы нейтроны частично замедлялись перед РІС…РѕРґРѕРј РІ исследуемую колонну. Р’ колонне предпочтительно предусматриваются прорези РЅР° различных расстояниях РѕС‚ источника нейтронов, Рё РІ нее РїРѕ желанию вставляются детекторы нейтронов для измерения интенсивности нейтронов. Эту структуру можно рассматривать как небольшую, РЅРѕ репрезентативную часть предлагаемой структуры СЃ самоподдерживающейся цепной реакцией. , , - , , , , - . Р’ зависимости РѕС‚ типа РїСЂРѕРІРѕРґРёРјРѕРіРѕ эксперимента вес конструкции может широко варьироваться, РЅРѕ РІРѕ РјРЅРѕРіРёС… случаях для системы будет достаточно РѕС‚ 25 РґРѕ 100 тонн материалов. , , 25 100 . Р’ случае гетерогенной структуры РѕРЅР° должна иметь достаточное количество повторений ячеек, входящих РІ состав урановых тел Рё РёС… отдельных дополнений РёР· замедляющего материала, чтобы изменения плотности нейтронов через ячейки вдоль любой выбранной РѕСЃРё были незначительными вариациями РїРѕ сравнению СЃ общее изменение плотности нейтронов вдоль РѕРґРЅРѕР№ Рё той же РѕСЃРё. Количество материала, необходимого для этой цели, существенно меньше, чем любая структура, способная Рє самоподдерживающейся цепной реакции СЃ использованием РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ урана, Рё эксперименты доказали, что точные измерения РјРѕРіСѓС‚ быть выполнены РЅР° структурах 1/10 критического объема, РєРѕРіРґР° больше единицы. , , - , 1/10 . Вышеизложенное составляет некоторые РёР· основных целей Рё преимуществ настоящего изобретения, РґСЂСѓРіРёРµ РёР· которых станут очевидными РёР· следующего описания Рё чертежей, которые иллюстрируют РѕРґРёРЅ пример изобретения, Рё РІ которых можно утверждать, что надежные показания РјРѕРіСѓС‚ следует принимать РІ конструкциях меньших размеров, РЅРѕ РїРѕ мере уменьшения размера конструкции показания станут менее точными. Рнаоборот, РїРѕ мере увеличения размера конструкции сверх заданного значения показания становятся более точными. Очень удовлетворительные результаты СЃ погрешностью РІ пределах 1 процента. однако можно получить, РёСЃС…РѕРґСЏ РёР· конкретного размера проиллюстрированной структуры. Если используется меньшее количество ячеек, ошибка увеличится более чем РЅР° 1 процент. Р’ проиллюстрированном примере было использовано 288 ячеек. , , 817,752 , , , , 1 , , , 1 , 288 . Общий размер должен быть достаточно большим, чтобы изменения плотности нейтронов внутри РѕРґРЅРѕР№ ячейки были небольшими РїРѕ сравнению СЃРѕ средней плотностью нейтронов вдоль измеряемой РѕСЃРё. Для достижения этого результата необходимо замедлить значительное количество быстрых нейтронов РґРѕ тепловой энергии РІ графите. . Множество измерительных прорезей -7 включительно расположены вертикально РІ столбце 15, Р° дополнительные прорези 4 , 4 , 4 Рё 4 расположены горизонтально РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ, соответствующем прорези 4. Р’СЃРµ эти прорези имеют высоту пять футов. длиной Рё размером поперечного сечения 2 РґСЋР№РјР° РЅР° 3/8 РґСЋР№РјР°. Прорези СЃ 1 РїРѕ 7 включительно РїСЂРѕС…РѕРґСЏС‚ через графит РґРѕ точек, расположенных СЂСЏРґРѕРј, РЅРѕ немного РІ РѕРґРЅСѓ сторону РѕС‚ вертикальной РѕСЃРё колонны. 7, , 15, 4 , 4 , 4 , 4 4 - of2 3/8 1 7, , , . Детекторное устройство, показанное РІ общих чертах РЅР° СЂРёСЃ. , . 30, вставляется РІ любой РёР· детекторных пазов РѕС‚ 1 РґРѕ 7 включительно Рё включает РІ себя относительно тонкий графитовый лоток 31, выдолбленный для размещения пары гнезд РёР· алюминия или кадмия 32 Рё 32. Размер графитового лотка 31 составляет немного меньше 2 РґСЋР№РјРѕРІ РЅР° 3/ РґСЋР№РјР°, чтобы его можно было легко вводить РІ пазы детектора Рё выходить РёР· него. Алюминиевый стержень или ручка 33 прикреплены Рє РѕРґРЅРѕРјСѓ концу траверсы 31 детектора Рё имеют достаточную длину, чтобы можно было перемещение графитового лотка 31 РїРѕ всей длине любой РёР· прорезей РѕС‚ 1 РґРѕ 7 включительно. Регулируемый буртик 34 выполнен СЃ возможностью перемещения РІ продольном направлении РЅР° ручке 33 Рё снабжен установочным винтом 35, благодаря чему буртик можно зафиксировать РІ любом желаемом положении. положение РЅР° ручке Целью этого воротника является облегчение позиционирования детекторного лотка 31 РІ любом желаемом месте РІ РѕРґРЅРѕРј РёР· детекторных пазов. 30, 1 7, , 31 32 32 31 2 3/ , 33 31 31 1 7, 34 33 35, 31 . Детекторная фольга 32Р’ РёР· РёРЅРґРёСЏ помещается между гнездовыми лотками 32 Рё 32Рђ СЃ целью измерения нейтронной плотности РІ колонне. Фольга имеет прямоугольную форму, размеры 4Г—6,35 СЃРј Рё толщину РѕС‚ 5,5 РґРѕ 6 РјРёР». РїРѕ толщине Р’СЃРµ фольги были предварительно стандартизированы РїРѕ реакции радиоактивности РЅР° нейтронную бомбардировку РїРѕ сравнению СЃРѕ стандартной фольгой. Травы 32 Рё 32 Рђ бывают РґРІСѓС… РІРёРґРѕРІ, С‚. Рµ. либо РѕР±Рµ РёР· алюминия, либо РѕР±Р° РёР· кадмия. Алюминий пропускает тепловые нейтроны Рє фольге детектора, тогда как кадмий поглощает тепловые нейтроны РґРѕ того, как РѕРЅРё достигнут фольги. 32 32 32 4 6 35 , 5 5 6 32 32 , , , . Можно определить относительную плотность тепловых нейтронов, присутствующих РІ области детекторного элемента, подвергая индиевую фольгу бомбардировке нейтронами, РєРѕРіРґР° РѕРЅР° удерживается между алюминиевыми лотками, Рё РІР·СЏРІ разницу между этой наведенной радиоактивностью Рё радиоактивностью, наведенной, РєРѕРіРґР° фольга находится РІ подвергается нейтронной бомбардировке, находясь между кадмиевыми лотками. , , . Метод измерения плотности нейтронов заключается РІ следующем: : Предположим, что источник нейтронов помещен РІ нижнюю часть стопки, выровнен РїРѕ вертикальной РѕСЃРё. Рндиевая фольга 32 Р’ указанных размеров помещена между алюминиевыми поддонами 32 Рё 32 Рђ детекторного устройства 30. Затем детекторное устройство устанавливается. вставляют РІ РѕРґРЅСѓ РёР· детекторных щелей, например, РІ щель 1, Рё подвергают воздействию нейтронов, присутствующих РІ точке вблизи вертикальной РѕСЃРё. Р’ РѕРґРЅРѕРј режиме измерения индиевой фольге затем позволяют оставаться РІ щели РІ течение заранее определенного периода времени. время для достижения известной доли его активности насыщения, скажем, 15 РјРёРЅСѓС‚ - РІ течение этого времени РѕРЅ бомбардируется нейтронами внутри структуры. РџРѕ истечении этого интервала времени детекторное устройство 30 вынимается РёР· щели, Рё после через заданный промежуток времени, скажем, три минуты, РІ течение которого кратковременная радиоактивность индиевой фольги исчезает, затем индиевая фольга оборачивается РІРѕРєСЂСѓРі цилиндра стандартизированного счетчика Гейгера, Рё бета-лучи, исходящие РёР· фольги Р·Р° счет оставшихся Рё более долгоживущую радиоактивность фольги подсчитывают РІ течение заданного интервала времени, скажем, РјРёРЅСѓС‚. РџРѕ числу отсчетов РІ течение этого интервала времени вычисляют начальную радиоактивность насыщения РІРѕ время удаления. , 32 32 32 30 , , , 1, , 15 - , 30 , - - - , , , . Рндиевую фольгу можно использовать повторно через несколько дней, поскольку после этого наведенная радиоактивность спадает РґРѕ незначительного значения. Рзмерения проводятся таким же образом Рё РІ тех же положениях СЃ теми же временными факторами для определения соотношения кадмия, Рѕ котором говорится ниже. , , . Однако для удобства, Р° также потому, что данное время экспозиции может быть слишком длительным РІ областях СЃ высокой плотностью нейтронов, что дает слишком РјРЅРѕРіРѕ импульсов РІ минуту для точной обработки счетчиком, или может быть слишком коротким РІ областях СЃ очень РЅРёР·РєРѕР№ плотностью, что дает слишком мало импульсов для Для точного представления временные графики РјРѕРіСѓС‚ быть изменены для компенсации. Однако РІ этом случае следует рассчитывать активность насыщения РІ количествах РІ минуту, как хорошо известно РІ данной области техники. Р’ этих обстоятельствах использовалось следующее уравнение: , , , , , , - : , , ( 1-)(-) Где — наблюдаемое количество отсчетов РѕС‚ 125 817 752 РґРѕ ; — среднее общее расстояние пробега тепловых нейтронов; – коэффициент диффузии тепловых нейтронов; или представляет СЃРѕР±РѕР№ аббревиатуру СЃСѓРјРјС‹ трех вторых производных или РїРѕ трем переменным, , , . также называется лапласианом ; Стоящая отдельно Р±СѓРєРІР°, Р·Р° которой сразу РЅРµ следует или , означает число, заданное отношением Рє . Установлено, что это число является постоянным РІРѕ всей структуре СЃ использованием заданной геометрии Рё материалов; — длина СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРіРѕ пробега нейтронов между столкновениями; — радиус сферы или цилиндра; — дальность или среднее расстояние, которое нейтроны достигают РѕС‚ точки своего происхождения РІ процессе замедления РґРѕ тепловой энергии. Для структур СЃ цепной реакцией рассчитанное значение составляет около 35,5 СЃРј для урана Рё графита, для урана Рё для бериллия около 27 СЃРј, Р° для урана Рё дейтерия (РІ РІРёРґРµ тяжелой РІРѕРґС‹) около 22 СЃРј. , , ( 1-)(-) 125 817,752 ; ; ; , , , ; ; ; ; , , - 35 5 , 27 , ( ) 22 . (тау) — переменная, называемая возрастом нейтронов, которая является функцией РёС… энергии РІРѕ время замедления. Для тепловых нейтронов становится -4 ,2; - число нейтронов, которым суждено избежать резонансного захвата ураном, замедленных РІ секунду РЅР° кубический сантиметр РІ точках , , РґРѕ заданной энергии или ниже, РёР· более высоких энергий, Рё его следует рассматривать как функцию соответствующего возраста энергии Р•; 8' — число быстрых нейтронов деления, которым суждено избежать резонансного захвата ураном, образующимся РІ секунду РЅР° кубический сантиметр; — диффузионная длина тепловых нейтронов РІ структуре. Для структур СЃ цепной реакцией урана Рё графита рассчитанное значение составляет около 18,5 СЃРј, Р° для урана Рё бериллия — около 25,3 СЃРј. Для урана Рё дейтерия значение находится между 100 Рё СЃРј; Рљ – коэффициент воспроизводства; означает СЃСѓРјРјСѓ Рё используется для обозначения серии, типичный термин которой следует Р·Р° символом; — РѕРґРЅР° РёР· типичных констант РІ этой серии; Рё — РґРІР° нечетных целых числа, характеризующих члены СЂСЏРґР°; ,, — значение величины, входящей РІ выражение -, которая является частью первого члена , РІ СЂСЏРґСѓ, дающем значение для различных высот ; ,,1 , (-) — первый член РІ . () -4 ,2; , , , , , ; 8 ', ; 18 5 , 25 3 100 ; ; ; ; ; ,, -, , ; ,,1 , (-) . серия Рё называется первым гармоническим термином, Р° следующие термины называются третьим, пятым Рё С‚. Рґ. гармоническими терминами; время РґРѕ Рё РІ минутах , , Рё — соответственно периоды облучения, ожидания Рё счета, причем — доля возбужденных (радиоактивных) атомов, распадающихся Р·Р° единицу времени, Р° для РёРЅРґРёСЏ равна 0 012836 РІ минуту. , , , , , ; , , , ,, , , () , 0 012836 . Затем детекторное устройство 30 вставляется РІ слот 2, Рё аналогичные показания снимаются вблизи вертикальной РѕСЃРё РІ этом слоте, соответствующие показаниям РІ слоте 1. Аналогичным образом, показания снимаются вблизи вертикальной РѕСЃРё колонны РІРѕ всех РґСЂСѓРіРёС… слотах. РѕС‚ 3 РґРѕ 7 включительно. Таким образом, радиоактивность РёРЅРґРёСЏ, вызванная бомбардировкой медленными нейтронами РІ точках, близких Рє вертикальной РѕСЃРё реагирующей структуры, может быть точно определена Рё выражена РІ единицах счетчика Гейгера РІ минуту. информации можно получить отношения отсчетов, измеренных РІ соседних горизонтальных плоскостях структуры. 30 2 , 1 , 3 7, , , , . Другие показания снимаются сверху Рё РїРѕ бокам конструкции, как будет указано позже. , . Поскольку существуют незначительные изменения РІ плотности нейтронов вдоль любой заданной РѕСЃРё РёР·-Р·Р° периодически повторяющихся ячеек РІ структуре, РІ которой агрегирован уран, плотность нейтронов можно рассматривать как усредненную РїРѕ отдельной ячейке. Чтобы измерения вдоль РѕСЃРё можно было правильно сравнить , измерения производятся РІ РѕРґРЅРѕРј Рё том же относительном положении РІ различных ячейках вдоль исследуемой РѕСЃРё. , , . Рзмерения, выполненные вблизи вертикальной РѕСЃРё, отражают затухание цепной реакции, запущенной источником, Рё, если показания положения скорректированы РЅР° конечный размер структуры, РјРѕРіСѓС‚ быть использованы для нахождения значения . , , . Чтобы объяснить СЃРІСЏР·СЊ Рё коэффициента воспроизводства СЃ наблюдаемыми измеряемыми величинами, желательно сначала рассмотреть математическое описание влияния диффузии, поглощения Рё образования нейтронов РЅР° плотность нейтронов РІ некоторой точке структуры. , , , . Р’ следующем математическом обсуждении символы, перечисленные ниже, Р±СѓРґСѓС‚ использоваться РІ указанных значениях: , : , Рё — прямоугольные координаты точки РІ системе координат СЃ началом РІ источнике нейтронов РІ основании сваи, РѕСЃРё Рё которой параллельны сторонам конструкции, Р° РѕСЃСЊ — это центральная вертикальная РѕСЃСЊ конструкции; Р° — эффективная длина стороны конструкции; Р° — фактическая длина стороны конструкции; — количество тепловых нейронов РЅР° РєСѓР±.СЃРј. , , , ; ; ; . РІ окрестности точки , , ; — средняя скорость тепловых нейтронов; – приращение расстояния, пройденного нейтроном; — приращение времени, соответствующее 817,752 8. — частная производная РѕС‚ РїРѕ или РїРѕ . , , , ; ; ; 817,752 8 . Учитывая эти символы, различные факторы, определяющие изменение плотности тепловых нейтронов РІ определенной точке графита, можно принять РІРѕ внимание следующим образом: Число тепловых нейтронов, образующихся РІ секунду РІ точках , , 9 вследствие приведение более энергичных нейтронов Рє тепловому состоянию определяется значением для тепловой энергии. Вклад РІ Р·Р° счет диффузии РёР· окружающей среды равен . Вероятность поглощения нейтрона РїСЂРё прохождении -расстояния равна - Число тепловых РґРІСѓС… членов разложения РІ СЂСЏРґ. Таким образом, поскольку = 2 -1 = - ( 2 + 2) ( 4) уравнения ( 3 Р°) Рё ( 4) СЏСЃРЅРѕ показывают, что величина Рђ зависит только РЅР° , Рё , Рё что РѕРґРЅРѕ Рё то же значение будет справедливым как для большой конструкции, так Рё для маленькой, имеющей одинаковую внутреннюю конструкцию Рё материалы , заменяющий РІ (4), дифференциальное уравнение (2) становится 1 = 2 + 02 ( 5) нейтронов, поглощаемых РІ секунду, так как – скорость . Следовательно, РІ установившемся состоянии: , : , , 9 - , = 2 -1 = - ( 2 + 2) ( 4) ( 3 ) ( 4) , , ( 4), ( 2) 1 = 2 + 02 ( 5) , : . += ( 1) Число определяется решением уравнения замедления =-, полученного путем или СЃ учетом диффузии нейтронов РІРѕ время процесса замедления Рё путем соответствующего фиксирования зависимость возрастной переменной РѕС‚ энергии . Первоначально (С‚.Рµ. РїСЂРё 7 = 0) = , поскольку определяется как число быстрых нейтронов, способных избежать резонансного захвата, образующихся РЅР° РѕРґРёРЅ поглощенный тепловой нейтрон. . += ( 1) =-, - ( , 7 = 0) = , . Решением является = -, поскольку, как указано выше, рассматривается как константа, значение которой обозначается как . Если это подставить РІ (1), используя формулу кинетической теории = - Рё полагая ' = получается следующее уравнение, описывающее плотность нейтронов: = - , ( 1) = - ' = : 1 : + = 2 2 Рё переставляя члены Рё полагая =( 2 ) ( 3 ) Р’ большинстве случаев, РІ которых используется это изобретение, значение 1 меньше 0,1, так что экспоненциальный член может быть заменен первым. Уравнения (3a) Рё (4) показывают, что если значение , определенное путем измерений РЅР° свае, оказывается отрицательным, то коэффициент воспроизводства больше чем единица, Рё если значение положительное, то меньше единицы. Позже будет РІРёРґРЅРѕ, что числовое значение также определяет общий размер самоподдерживающейся цепной реагирующей структуры, РєРѕРіРґР° отрицательное. 1 : + = 2 2 =( 2 ) ( 3 ) , 1 0 1 ( 3 ) ( 4) , , - . Следует также понимать, что Рђ представляет СЃРѕР±РѕР№ величину, независимую РѕС‚ внешней формы промежуточной сваи, РЅР° основании которой РѕРЅР° определяется, Рё РѕС‚ внешней формы проектируемой рабочей сваи, так что, например, Рђ определяется измерениями промежуточную сваю РІ форме параллелепипеда можно использовать для расчета критического размера самоподдерживающейся сваи любой формы, например сферы, цилиндра или РєСѓР±Р°. , , , , - , , . Теоретически РёР· (3) величина может быть найдена РїРѕ измерениям нейтронной плотности, выполненным РЅР° конструкции любого размера Рё формы. ( 3) . Однако некоторые простые регулярные структуры имеют большие преимущества для удобства Рё точности вычислений. Можно использовать сферу или цилиндр, РЅРѕ предпочтительной формой этого изобретения является прямоугольный параллелепипед, более конкретно длинный вертикальный параллелепипед СЃ прямоугольным поперечным сечением. Р’ случае, если может быть дана математическая формула для распределения плотности нейтронов РІ различных точках котла, РєРѕРіРґР° источник нейтронов используется РЅР° его конце. Рметь эту формулу вместе СЃ измерениями распределения плотности Рё СЃ соответствующими константами, выбранными для соответствия измерениям. , значение можно легко определить СЃ учетом геометрии Рё материалов, используемых РІ конструкции. , , , - , . Для случая длинного вертикального прямоугольного параллелепипеда СЃ квадратным поперечным сечением Рё длиной стороны эта формула представляет СЃРѕР±РѕР№ РґРІРѕР№РЅРѕР№ СЂСЏРґ Фурье: - , : С… - = 2 РєР» ; - (-) РІ котором 1 1 ( 2 + 12-2) _I 12b 1 ' -' ( 6) ( 6 ) 817,752 817,7529 здесь каждое слагаемое удовлетворяет ( 5) , так что СЃСѓРјРјР° также является решением. Это СЂСЏРґ, РІ котором различные члены задаются путем помещения Рё равными ( 1,1), ( 1,3), ( 3,1), ( 3,3) Рё С‚. Рґ. последовательно. Адекватность формулы проверяется путем измерения плотности нейтронов РІ горизонтальной плоскости РЅР° некоторой постоянной высоте . - = 2 ; - (-) 1 1 ( 2 + 12-2) _I 12b 1 ' -' ( 6) ( 6 ) 817,752 817,7529 ( 5), ( 1,1), ( 1,3), ( 3,1), ( 3,3), .
, ."> . . .
: 506
: 2024-04-12 12:47:44
: GB817752A-">
: :

817753-- = "/"; . , . . , . . , . , , . .



. :
:
УведомлениеЭтот перевод сделан компьютером. Невозможно гарантировать, что он является ясным, точным, полным, верным или отвечает конкретным целям. Важные решения, такие как относящиеся к коммерции или финансовые решения, не должны основываться на продукте машинного перевода.
РћРџРРЎРђРќРР• РЗОБРЕТЕНРРЇ GB817753A
[]
ПОЛНАЯ СПЕЦРР¤РРљРђР¦РРЇ Детектор нейтронов РњС‹, УПРАВЛЕНРР• РџРћ РђРўРћРњРќРћР™ ЭНЕРГРРСОЕДРНЕННОГО КОРОЛЕВСТВА, Лондон, британский орган, настоящим заявляем Рѕ РїСЂРёСЂРѕРґРµ этого изобретения Рё Рѕ том, каким образом РѕРЅРѕ должно быть реализовано, что будет РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ описано Рё подтверждено РІ следующем заявлении. Настоящее изобретение относится Рє устройствам, реагирующим РЅР° нейтроны, Рё, РІ частности, Рє средствам индикации нейтронной плотности, адаптированным для использования РІ СЃРІСЏР·Рё СЃ управлением Рё эксплуатацией систем ядерных реакторов. , , , , , : . Система ядерного реактора, как здесь используется этот термин, представляет СЃРѕР±РѕР№ законченную систему, предназначенную для инициирования Рё проведения цепных ядерных реакций. , , . Такие системы полностью описаны РІ находящейся РЅР° рассмотрении заявке РЅР° патент в„– 2617/45 (серийный в„– 817,751) Рё включают ядерный реактор, РІ котором нейтроны вырабатываются путем деления делящихся материалов, таких как tJ21-изотопное содержание РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ урана, Рё зарезервированные для поддержания реакции, аппаратуру управления для инициирования Рё контроля Р·Р° течением реакции, Р° также экранирующие средства для защиты эксплуатационного персонала РѕС‚ радиации, образующейся РїСЂРё работе системы. . 2617/45 ( . 817,751), , tJ21- , , , . Мощность, развиваемая РІ системе ядерного реактора РІ любой конкретный момент, РІ общем случае пропорциональна плотности нейтронов, существующей РІ этот конкретный момент внутри реакторной установки, причем плотность нейтронов поддерживается Р·Р° счет высвобождения новых нейтронов деления. Таким образом, плотность нейтронов обеспечивает СѓРґРѕР±РЅСѓСЋ РѕСЃРЅРѕРІСѓ для мониторинга Рё контроля работы таких систем, Рё существует значительная потребность РІ простом, легко управляемом устройстве, СЃРїРѕСЃРѕР±РЅРѕРј давать точные Рё непрерывные показания плотности нейтронов внутри ядерных реакторов или СЂСЏРґРѕРј СЃ РЅРёРјРё. . Создание такого устройства является РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ целью настоящего изобретения. , , . , , , , , . . Еще РѕРґРЅРѕР№ целью изобретения является создание средства индикации нейтронной плотности РІ соответствии СЃ заявленной РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ целью, которое должно иметь достаточный диапазон чувствительности, чтобы его можно было использовать РІ период запуска реактора СЃ малой выходной мощностью, Р° также РІ периоды нормальной выходной мощности, который должен показывать изменения плотности нейтронов СЃ минимально возможной задержкой Рё который должен давать практически линейный отклик РЅР° изменения плотности нейтронов РІРѕ время его работы. , , - , . Р’ соответствии СЃ изобретением средство индикации плотности нейтронов содержит термопару (РїРѕРґ этим термином понимается термобатарея), реагирующую РЅР° нейтронное излучение, Рё индикатор, соединенный СЃ термопарой. ( ) . Рндикатор предпочтительно реагирует РЅР° напряжение. . Горячий Рё холодный спаи термопары РјРѕРіСѓС‚ располагаться близко РґСЂСѓРі Рє РґСЂСѓРіСѓ, Рё только горячий спай может реагировать РЅР° нейтронное излучение. . Горячий спай термопары предпочтительно содержит материал, обладающий высокой способностью захвата нейтронов, которым может быть Р±РѕСЂ. , . Термопара может содержать деталь РёР· сплава РІРёСЃРјСѓС‚-олово, предпочтительно 5 процентов олова, соединенную СЃ деталью РёР· сплава РІРёСЃРјСѓС‚-СЃСѓСЂСЊРјР°, предпочтительно 3 процента висмута. - , 5 , - , 3 . Ниже приведены предпочтительные СЃРїРѕСЃРѕР±С‹ реализации изобретения СЃРѕ ссылкой РЅР° прилагаемые чертежи, РЅР° которых: фиг. 1 представляет СЃРѕР±РѕР№ схематический РІРёРґ средства индикации интенсивности нейтронов; Фиг.2 представляет СЃРѕР±РѕР№ схематический РІРёРґ сверху термобатареи, подходящей для использования РІ средствах, показанных РЅР° Фиг.1; Фиг.3 представляет СЃРѕР±РѕР№ схематический РІРёРґ СЃР±РѕРєСѓ СЃ частичным вырезом термобатареи, показанной РЅР° фиг.2; РќР° фиг. 4 - увеличенный фрагментарный РІРёРґ, показывающий детали конструкции термобатареи, показанной РЅР° фиг. 2 Рё 3; Рё фиг. 5 представляет СЃРѕР±РѕР№ схематический РІРёРґ, аналогичный фиг. 1, показывающий модифицированную форму изобретения. , , : . 1 ; . 2 . 1; . 3 , , . 2; . 4 . 2 3; . 5 , . 1, . Р’ своей простейшей форме средство индикации плотности нейтронов РїРѕ настоящему изобретению содержит средство индикации, реагирующее РЅР° напряжение, Рё термопару или термобатарею, горячий спай или спаи которой расположены так, чтобы принимать нейтронное излучение РѕС‚ источника нейтронов, плотность которого желательно измерить. Термопара или термобатарея включает РІ себя средства для нагрева каждого горячего спая, РєРѕРіРґР° этот спай подвергается нейтронному облучению, Рё благодаря этому устройство служит термопарой, реагирующей РЅР° плотность нейтронов. , . , . Средство для обеспечения нагрева горячего спая может содержать покрытие РёР· материала, имеющего относительно высокую способность захвата нейтронов либо простого захвата, либо захвата, приводящего Рє делению, Рё РІ этом случае соответствующий холодный спай может быть преимущественно расположен вблизи горячего спая. или материал может составлять неотъемлемую часть горячего спая. Если используется последняя схема, практически необходимо, чтобы холодный спай РЅРµ подвергался нейтронному облучению. , , . , . Взаимное расположение деталей устройства типа «горячий спай СЃ покрытием» показано РЅР° СЂРёСЃ. 1. РќР° этом РІРёРґРµ источник нейтронного излучения, который может включать ядерный реактор, показан РІ целом РїРѕРґ номером 11. Блок термопары или термобатареи показан РїРѕРґ номером 13, Р° показывающее устройство Рё подходящие соединения показаны соответственно РїРѕРґ номером 15 Рё 17. . 1. , , 11. 13, 15 17. Щит реакторной системы показан РїРѕРґ номером 19. Рндикаторное устройство 15 может относиться Рє типу гальванометра РїСЂСЏРјРѕРіРѕ считывания или может содержать реле, реагирующее РЅР° напряжение, или РґСЂСѓРіРѕРµ эквивалентное средство, Рё термины «показывающее устройство» или «средство, реагирующее РЅР° напряжение», используемые здесь, предназначены для включения таких устройств. 19. 15 , , " " " " . Блок термопары 13 расположен так, чтобы принимать нейтронное излучение РѕС‚ источника 11, Р° горячий спай или его спаи покрыты материалом, который обладает высокой способностью захвата нейтронов простым захватом или захватом деления, как указано выше. Константы средств индикации настолько коррелируют СЃ термоэлектродвижущими силами, возникающими РїСЂРё нагреве нейтронов РІ спае или спаях термопары, что можно получить индикацию плотности нейтронов. 13 11, . . Р’ термопарном элементе 13 РјРѕРіСѓС‚ использоваться различные комбинации материалов, обычно используемых для термопар. Например, некоторые сплавы висмута Рё олова успешно используются РІ сочетании СЃРѕ сплавами висмута Рё СЃСѓСЂСЊРјС‹. Главное требование Рє материалам состоит РІ том, что РѕРЅРё должны обеспечивать термопару, имеющую практически линейный отклик РЅР° нейтронное облучение Рё требующий очень небольшого временного интервала РІРѕ время ее работы, Рё РІ то же время иметь высокое поглощение РЅР