Материалы органов управления и защиты

Наиболее часто в ядерной энергетике применяют в качестве материала поглотителя:

.

Реакция идет по двум каналам. Причем второй канал производит ядро трития, который является радиоактивным с периодом полураспада ~ 12 лет.

Как видно, в результате взаимодействия бора с нейтронами образуются альфа-частицы, обладающие большой кинетической энергией и малой длиной пробега, поэтому поглотители, изготовленные из бора или его соединений, нагреваются и требуют организации их охлаждения.

Использование бора для регулирования ЯР обусловлено достаточно большим сечением поглощения нейтронов в широком диапазоне энергий, доступностью и относительно низкой стоимостью.

В органах управления, как правило, используются карбид бора B₄C, спрессованный в таблетки или брикеты, помещенные в оболочку из стали.

В реакторах ВВЭР для создания запаса реактивности на выгорание топлива используется борная кислота Н₃ВО₃, которая растворяется в теплоносителе. Критическое состояние реактора в начале его работы после загрузки свежего топлива достигается при определенной ее концентрации.

Кроме того, для выравнивания поля энерговыделения и уменьшения размножающих свойств, в начале работы реактора в свежие ТВС с обогащением 4,4% устанавливают кластеры со стержнями выгорающего поглотителя (СВП), в которых используется диборид хрома в алюминиевом сплаве.

В реакторах РБМК в качестве выгорающего поглотителя в топливе используется эрбий. Окись эрбия (Er₂O₃) равномерно размешивается в диоксиде урана. При обогащении 2,6% по ²³⁵U весовая концентрация эрбия 0,41%. Основную роль в поглощении нейтронов играют два изотопа эрбия это ¹⁶⁶Er ( = 19,4 барн) и ¹⁶⁷Er ( = 653 барн). Изотоп ¹⁶⁷Er имеет сильный резонанс в области энергий нейтронов 0,47эВ, который играет главную роль в уменьшении положительной реактивности при обезвоживании технологических каналов и контура охлаждения органов системы управления и защиты реактора РБМК . С удалением воды ужесточается спектр нейтронов, что приводит увеличению их резонансного поглощения в эрбии. Наличие изотопа ¹⁶⁶Er приводит к дополнительному поглощению нейтронов. Кроме того, поскольку при захвате нейтрона в ¹⁶⁶Er образуется ¹⁶⁷Er, присутствие ¹⁶⁶Er несколько замедляет выгорание ¹⁶⁷Er.