Вопрос 12 Научно-исследовательские реакторы.

Исследовательский реактор (ИР), ядерный реактор, который, являясь источником нейтронного и гамма-излучений, предназначен для широкого круга исследований в различных областях науки и техники.

На ИР проводят исследования в области ядерной и нейтронной физики, физики твёрдого тела, ядерной и радиационной химии, материаловедения, биологии, медицины; испытывают тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) проектируемых энергетических реакторов и конструкционные материалы для реакторостроения. На ИР разработан метод активационного анализа, позволяющий исследовать состав образцов всевозможных материалов без их разрушения и обнаруживать минимальные количества (до 10-6 мкг) химических элементов. ИР используются для получения радиоактивных изотопов.

ИР имеют активную зону, которая содержит делящийся материал, а реакторы на тепловых нейтронах — ещё и замедлитель нейтронов (обычная или тяжёлая вода, графит, бериллий и т. д.). В активной зоне обеспечивается теплоотвод. Вокруг активной зоны имеется отражатель нейтронов. Реактор окружен биологической защитой, которая может быть пронизана трубами для вывода нейтронных пучков. Для получения мощного потока тепловых нейтронов без примеси быстрых используют устройство, называемое тепловой колонной. Эта колонна — из хорошего замедлителя (чаще всего графита), одним концом расположена непосредственно у активной зоны, а другой её конец выведен в помещение, доступное для проведения экспериментов. Для загрузки испытуемых материалов внутрь активной зоны предусматриваются специальные приспособления или каналы. На рис. 1 показан вертикальный разрез советского ИР ВВР-М, предназначенного для работ по ядерной физике, радиохимии, радиобиологии и т. д.

По спектру нейтронов в активной зоне ИР, как и ядерные реакторы вообще, делятся на реакторы на быстрых и тепловых нейтронах. Большинство ИР — реакторы на тепловых нейтронах, в основном гетерогенного типа, т. е. топливные элементы чередуются в определенном порядке с замедлителем. Различают ИР с низким, средним и высоким потоком нейтронов в активной зоне в общем диапазоне 1012—1015 нейтронов/(см2·сек). Для кратковременного увеличения потока нейтронов до более высоких значений без увеличения средней мощности реактора и соответствующего усложнения системы теплосъёма предназначаются импульсные ИР. Например, советский импульсный реактор на быстрых нейтронах (ИБР) при средней мощности 3 квт в момент вспышки цепной реакции позволяет получить поток нейтронов в максимуме импульса 1,3×1018 нейтронов/(см2·сек) с мгновенной мощностью 23 Мвт. Для создания избыточной реактивности служит вращающийся между топливными стержнями диск, в который запрессован кусок урана-235. ИБР предназначен для изучения физики твёрдых тел и жидкостей и нейтронной спектрометрии.

По конструкции активной зоны различают ИР: корпусного типа (СМ-2 в СССР и ETR в США); корпусного типа, погруженные в бассейн (BR-2 в Бельгии); канального типа (РФТ в СССР).

Активные зоны ИР корпусного типа наиболее компактны и поэтому обладают лучшими физическими характеристиками; реакторы, погруженные в бассейн с водой, наиболее безопасны, так как все работы с радиоактивными изделиями ведутся через слой воды; реакторы канального типа удобны в смысле размещения и замены испытуемых элементов или образцов. Однако все три типа ИР имеют существенный недостаток: в них затруднён доступ к активной зоне или в межканальное пространство, что усложняет проведение исследований.