Главная >> Лекции по ядерной физике

Основные характеристики нейтронных полей (продолжение)

2.3.4. Плотность тока нейтронов. В отличие от первых трёх харак­теристик нейтронного поля, в определениях которых игнорируется понятие направления перемещения нейтронов, плотность тока нейтронов - величина векторная. Она даёт представление о генеральном направлении пере­мещения больших количеств хаотично движущихся нейтронов и об ин­тенсивности перемещения нейтронов в этом направлении.
Нейтроны в среде, подобно молекулам воды в горной реке, перемеща­ются во всех мыслимых направлениях. Но как в реке существует генераль­ное направление перемещения воды (по руслу), так подобное направление существует и для перемещения нейтронов. В задачах теории реакторов об утечке нейтронов из активной зоны, об эффективности работы отражателя и многих других как раз требуется знание направления и интенсивности диффузии нейтронов.
Существо плотности тока нейтронов нетрудно понять, отталкиваясь от более простого частного случая её проекции на координатную ось.
В точке с координатами (x,y,z), где нам желательно знать величину и направление вектора плотности тока нейтронов I(x,y,z), мысленно вы­делим единичную плоскую площадку, перпендикулярную к оси OX, и подсчи­таем количества нейтронов, ежесекундно пересекающих эту площадку под всеми возможными углами слева направо (в положительном направлении оси OX) и справа налево (в отрицательном направлении OX). Пусть в резуль­тате подсчетов оказалось, что первая величина равна I_+x нейтр/см²с, а вторая - I_-x нейтр/см²с.  Тогда их разница
I_x = I_+x - I_-x,
являясь по смыслу нашего рассуждения скалярной величиной, уже своим знаком должна показать направление преимущественного перемещения нейтронов: если I_x > 0, то это означает, что больше нейтронов вдоль OX перемещается в положительном направлении, а если I_x < 0, то больше нейтронов перемещается в отрицательном направлении. Сама же эта раз­ностная величина I_x определяет интенсивность переноса нейтронов вдоль оси OX в преимущественном направлении.

Рис.2.10. К пояснению понятия плотности тока нейтронов

Аналогичные рассуждения можно проделать и относительно перемеще­ний той же совокупности хаотично движущихся нейтронов вдоль других ко­ординатных осей OY и OZ и получить величины двух других проекций век­тора I - I_y и I_z. Зная величины проекций вектора на координатные оси, можно записать выражение и для самого вектора:
I(x,y,z) = I_xi + I_yj + I_zk,                                 (2.3.9)
Найти его скалярную величину:
| I | = ( I_x² + I_y² + I_z²)^1/2      (2.3.10)
и величины направляющих косинусов:
cos α = I_x /  | I |;   cosb = I_y / | I |;  cosg = I_z /  | I |.                    (2.3.11)
 
Стандарт даёт следующее определение плотности тока нейтронов:
Плотность тока нейтронов - это вектор, модуль которого численно равен разности чисел нейтронов, ежесекундно пересекающих единич­ную плоскую площадку, перпендикулярную направлению этого вектора, в двух противоположных направлениях.
 
Отметим, что скалярная размерность величины плотности тока нейт­ронов - нейтр/см²с - совпадает с размерностью плотности потока нейт­ронов. Однако, как видим, физический смысл этих двух характеристик нейтронных полей совершенно различный.
В задачах теории реакторов к величине плотности тока нейтронов, несмотря на её дискретный смысл (ведь речь идёт о разностях чисел нейт­ронов, которые могут быть только целыми), относятся как к величине непрерывной по тем же соображениям, что и n и Ф.

2.3.5. Ещё пара понятий. Рассмотренные выше характеристики нейтронных полей - не единственные, а лишь основные, самые необходимые для задач теории реакторов.
 
Кроме того, в теории реакторов используются еще несколько заимс­твованных из математики и физики понятий, связанных с нейтронными по­лями, позволяющих сразу схватить особенность того или иного нейтронно­го поля без использования строгих количественных оценок.
 
а) Стационарное нейтронное поле - это поле, характеристики кото­рого в каждой его точке неизменны во времени.
Стационарность нейтронного поля означает, что в любом его микро­объёме плотности нейтронов любой кинетической энергии в любой момент времени постоянны. Это совсем не значит, что нейтроны в любом микро­объёме поля застыли без движения: просто исчезающее за единицу времени количество нейтронов любой энергии (за счёт процессов радиационного захвата и утечки из этого микрообъёма) в течение этого единичного вре­мени восполняется в этом микрообъёме за счёт процессов получения новых нейтронов при делении ядер, замедления нейтронов до данного уровня энергии из области более высоких энергий и притока нейтронов данной энергии из соседних микрообъёмов.
Таким образом, стационарное нейтронное поле в активной зоне реак­тора имеет динамический (равновесный, обменный) характер.
Логическим антиподом стационарному нейтронному полю служит неста­ционарное, то есть такое, характеристики которого изменяются во време­ни.
 
б) Однородное нейтронное поле – стационарное поле, характеристики которого в любой точке одинаковы.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: