Отчет по анализу безопасности объекта. Ожидаемая аудитория для этого обучения состоит из назначенных, сертифицированных или лицензированных реакторов

1.7 Удерживающие свойства гидрида циркония
Эксперименты, проведенные персоналом GA в Брукхейвенской национальной лаборатории до
строительство прототипа реактора TRIGA показало, что гидрид циркония имеет очень необычный
замедляющие свойства для тепловых нейтронов. Эти экспериментальные результаты можно объяснить
предполагая, что колебания решетки атома водорода могут быть описаны моделью Эйнштейна
с характерной энергией hν = 0,140 эВ. Это описание согласуется с теорией, согласно которой
атом водорода занимает узел решетки в центре правильного тетраэдра циркония
атомы.
Результаты этих экспериментов показали, что:
1. Один только ZrH n совершенно неэффективен для замедления нейтронов ниже 0,14 эВ.
2. Для нейтронов с энергией выше 0,14 эВ замедляющая способность ZrH n по крайней мере такая же хорошая.
как у свободного водорода.
3. Холодные нейтроны могут получать энергию при прохождении через ZrH n , набирая количество энергии.
которые являются целыми кратными hν (0,14 эВ). Чем выше температура гидрида, тем
скорее этот процесс будет происходить.
4. Эти наблюдения не зависят от отношения в широких пределах отношения водорода
атомы циркония в гидриде.
Результаты экспериментов показывают, что атомы водорода, связанные в решетке ZrH (рис. 2), действуют
как гармонические осцилляторы или осцилляторы Эйнштейна. В так называемой модели Эйнштейна каждый атом
считается изотропно связанным с фиксированным центром, вокруг которого он может колебаться
гармонично. Такой осциллятор имеет возможные энергетические состояния [n + (3/2)] hν, h - планковские
постоянная (6,62 × 10 -34 Дж · с), ν частота генератора и n целое число. В случае рассеивания
с таким индивидуальным осциллятором нейтрон может получить или потерять целое кратное hν
энергия.

Стр.10

10
Рисунок 2: Элементарная ячейка ZrH 2 . Тетраэдрическая структура четырех атомов циркония
(светлый) окружающий атом водорода (черный) подчеркнут
для одного из атомов водорода.
Поэтому была принята следующая теоретическая модель. Атомы водорода ведут себя так, как если бы
изотропно связаны в приблизительно гармонической потенциальной яме и имеют одинаковые
частоты ν, такие, что h ν = 0,140 эВ, как и наблюдалось. Наблюдаемый частотный спектр
несколько уширяется тепловыми движениями атомов циркония, к которым водород
атомы связаны. Последовательные уровни могут быть распределены неравномерно из-за негармонической
вклад в потенциал.
В такой модели нейтрон замедляется за счет потери энергии, кратной hν, пока
так как его энергия больше hν. Ниже 0,14 эВ нейтрон все еще может терять энергию из-за неэффективной
процесс возбуждения акустических мод дебаевского типа, в которых атомы водорода движутся синфазно
с атомами циркония, которые, в свою очередь, движутся в фазе друг с другом. Эти режимы
следовательно, соответствуют движению группы атомов, масса которых намного больше массы
водорода, и даже больше массы циркония. Из-за большого
эффективной массы, эти режимы очень неэффективны для термализации нейтронов, но для нейтронов
при энергиях ниже 0,14 эВ они обеспечивают единственный механизм замедления нейтронов. (В
Активная зона TRIGA вода обеспечивает термализацию нейтронов ниже 0,14 эВ.) Кроме того, в
ZrH нейтрон может получить одну или несколько единиц энергии ~ 0,14 эВ за одну или несколько
рассеяния от возбужденных осцилляторов Эйнштейна. Поскольку количество присутствующих возбужденных осцилляторов
в решетке ZrH увеличивается с температурой, этот процесс ускорения нейтронов сильно
зависит от температуры и играет важную роль в поведении ZrH-замедлителя.
реакторы.
В предположении модели Эйнштейна для замедления нейтронов в цирконии
гидрид, основные физические процессы, которые происходят при работе топливных элементов-замедлителей.

Стр. 11

11
с подогревом можно описать. Повышение температуры гидрида увеличивает вероятность того, что
тепловой нейтрон (~ 0,025 эВ) в топливном элементе будет получать энергию из возбужденного состояния
колеблющийся атом водорода в решетке. Поскольку у него большая длина свободного пробега для столкновения,
ускоренный нейтрон имеет повышенную вероятность выхода из элемента замедлителя топлива
до захвата. Однако водяные каналы между твэлами очень
эффективен для повторной термализации любых ускоренных нейтронов, выходящих из топлива; Таким образом
вероятность того, что нейтрон вернется в топливный элемент, прежде чем он будет захвачен в другом месте, составляет
не зависит от температуры гидрида, но фактически является функцией воды.