Плотность энерговыделения

Известно, что металл с кристаллической структурой представляет собой систему положительных ионов (ядра, окруженные электронами внутренних орбиталей), погруженную в отрицательный электронный газ обобществленных внешних электронов. Электроны, обладающие достаточным запасом кинетической энергии, вырываются из металла и образуют над его поверхностью отрицательно заряженное облако. Электроны, находящиеся внутри металла и вблизи его поверхности, отталкиваются от этого облака, смещаясь внутрь металла. В результате уменьшается поверхностная плотность электронов и индуцируется положительный заряд, равный по абсолютной величине отрицательному заряду электронного облака. Сила взаимодействия между зарядами- сила электрического изображения- имеет значительную дальность действия, до 10 мкм от поверхности. Следовательно, энергетический потенциал поверхности характеризуется потенциалом внешнего пространства на расстоянии примерно 10 мкм от поверхности. Облако электронов совместно с наружным слоем положительных ионов образует двойной электрической слой. Таким образом, наличие электрического потенциала поверхности твердого тела и полярных молекул поверхностно-активных веществ предопределяет уровень их энергетического взаимодействия при адсорбции и строение адсорбированной пленки.

Действие ЭОП основано на явлении внешнего фотоэффекта. Он представляет собой стеклянный цилиндрический корпус, внутри которого создается высокий вакуум. На внутренней поверхности торцов корпуса наносят фотокатод и катодолюминофор. Между катодом и слоем люминофора создают потенциал (15—40 кВ). На фотокатод проектируют изображение, при этом за счет фотоэлектронной эмиссии возникает электронное изображение, плотность электронов в котором соответствует распределению яркости в исходном оптическом изображении. , С помощью электрического поля электроны ускоряются и системой электростатических или магнитных линз фокусируются на слое люминофора, вызывая его свечение. Изображение на люминесцентном экране наблюдается визуально или регистрируется с помощью обычных средств (фотосъемка и т. д.).

скии двойной слой находится в нормальном состоянии (неориентированное положение диполя). В момент деформации происходит локальное расширение решетки с образованием разрежения электронной плотности между узлами (метастабиль-ное состояние 2) и сгущение '(или сохранение) электронной плотности во френ^ келевском двойном слое вследствие уменьшения его толщины выдвигающимися к поверхности ион-атомами (вследствие дальнодействия электрических сил, создающих поверхностное натяжение по электронной теории Я- И. Френкеля, положение границы поверхности внешнего облака коллективизированных электронов на схеме принято почти независящим от локальных нарушений френкелев-ского двойного слоя, хотя такое условие не является обязательным для существа дела — в любом случае в момент деформации плотность электронов проводимости в растянутой области уменьшается относительно уровня плотности электронов внешнего облака, которые поэтому перетекут в ближайшую растянутую область).

Таким образом, при изменении величины К разрушение от циклической деформации происходит при различных состояниях дефектов, характеризуемых их эффективным размером и концентрацией. Большему значению К соответствует меньший размер дефектов, их большая концентрация и большая величина параметра Fp = Sp/Sg, а следовательно, большая плотность электронов проводимости в них. и наоборот.

где Z - заряд ионов; In Л = 1пО. 62-10 4(-*-)иг - кулоновский логарифм; % = f(Z), %(1) = 0.95; Те, пе- температура и плотность электронов.

где п (г) — плотность электронов в атоме, которая должна быть выражена через V (г). Для этого установим связь между максимально возможным значением импульса электронов р0 в атоме и плотностью п (г). Пусть распределение электронов в пространстве импульсов — это распределение Ферми при нулевой температуре:

В заключение заметим, что мощность генерации имеет максимальное значение при определенном токе разряде. Когда плотность тока превосходит данное значение, то в разряде создается настолько большая плотность электронов, что наступает ступенчатое возбуждение состояний 2Р и ЗР из состояния IS; этот процесс приводит к заселенности нижнего уровня и уменьшению инверсии, а при еще больших токах и к срыву генерации (рис. 24).

где N „ — заселенность основного состояния; (ove) — усредненное по скоростям электронов произведение эффективного сечения на скорость электронов; пе — плотность электронов.

Последовательность расчета такая. Вначале по заданным величинам давления и температуры газовой смеси, концентрации кислорода в окислителе, избытка окислителя и концентрации легкоионизируемой присадки определяется равновесный состав продуктов сгорания (см. рис. 5.1, блок I). Тем самым подготовляются исходные данные, необходимые для расчета физических параметров газовой смеси. Затем с помощью найденных значений отдельных компонент рассчитываются термодинамические параметры (блок II), параметры переноса (блоки III, IV), плотность электронов и удельная электропроводность (блок V). Исходные данные

Рис. 12. Корреляция между химическим сдвигом (в) (плотность электронов) для Sn119 в различных матрицах и силовой постоянной матрицы

Положение центра линии поглощения. Центр линии поглощения соответствует относительной скорости перемещения источника и поглотителя, при которой наблюдается максимум линии поглощения. Положение максимума линии поглощения представляет собой изомерный (химический) сдвиг. Появление химического сдвига связано с различием в локальном химическом окружении излучающих и поглощающих ядер. При этом плотность электронов на обоих ядрах (ризл(0) и рпогл(О)} оказывается разной и возникает сдвиг резонансной энергии

Плотность энерговыделения в активной зоне, кВт/л 50,9 1

Хорошие теплофизические качества натрия как теплоносителя обеспечивают в быстрых реакторах высокую плотность энерговыделения: в БН-350 эта величина равна 470 кВт/л, в БН-600—550 кВт/л, в Суперфениксе — 560 кВт/л. Реактор-размножитель на быстрых нейтронах обычно бассейного типа с несколькими погруженными циркуляционными насосами (реактор Суперфеникс оснащен четырьмя насосами) в первом контуре. Отвод тепла из реактора для большей надежности и безопасности работы осуществляется промежуточными натриевыми контурами при помощи теплообменников, в которых, так же как и в первичном контуре, кипение теплоносителя не допускается (как видно из табл. 1.5, температура натрия в первичном контуре не превышает 580° С).

электрическая, МВт Плотность энерговыделения, к В т/ л

При тепловых расчетах ядерных реакторов более удобна для использования не массовая энергонапряженность топлива /, а объемная энергонапряженность Jv, которая выражает плотность энерговыделения, отнесенную к единице объема активной зоны (кВт/л). При определении Jv учитывается только тот объем ТВС и активной зоны в целом, в котором происходят тепловыделение, съем и отвод теплоносителем тепла от твэлов. В реакторах канального типа при расчетах Jv исключается объем, занимаемый замедлителем (графит, тяжелая вода) и органами управления. В корпусных водо-водяных реакторах учитывается объем, занимаемый активной (топливной) частью ТВС. Объемная энергонапряженность ядерного топлива в реакторе связана с массовой теплонапряженностью:

Важнейшие особенности использования ядерного топлива, присущие всем РБН, — высокая объемная плотность мощности (кВт/л) энерговыделения в активной зоне и высокая средняя тепловая мощность единицы массы топлива (массовая энергонапряженность топлива) (кВт/кг), превосходящие в 5—10 раз и более подобные показатели у РТН. Известно (см. § 4.4), что средняя массовая энергонапряженность топлива определяет требуемую дорогостоящую топливную загрузку активной зоны реактора. А чтобы максимально снизить эту загрузку, РБН необходимо проектировать для работы при высоких объемных плотностях энерговыделения в активной зоне. Объемная плотность энерговыделения и удельная топливная загрузка (кг/кВт) непосредственно влияют на коэффициент воспроизводства, на время удвоения топлива и на другие основные экономические показатели РБН.

Средняя плотность энерговыделения , кВт /л 430 370 380 460 380 ' 285

При тепловых расчетах ядерных реакторов более удобна для использования не массовая энергонапряженность топлива /, а объемная энергонапряженность Jv, которая выражает плотность энерговыделения, отнесенную к единице объема активной зоны (кВт/л). При определении Jv учитывается только тот объем ТВС и активной зоны в целом, в котором происходят тепловыделение, съем и отвод теплоносителем тепла от твэлов. В реакторах канального типа при расчетах Jv исключается объем, занимаемый замедлителем (графит, тяжелая вода) и органами управления. В корпусных водо-водяных реакторах учитывается объем, занимаемый активной (топливной) частью ТВС. Объемная энергонапряженность ядерного топлива в реакторе связана с массовой теплонапряженностью:

Важнейшие особенности использования ядерного топлива, присущие всем РБН, — высокая объемная плотность мощности (кВт/л) энерговыделения в активной зоне и высокая средняя тепловая мощность единицы массы топлива (массовая энергонапряженность топлива) (кВт/кг), превосходящие в 5—10 раз и более подобные показатели у РТН. Известно (см. § 4.4), что средняя массовая энергонапряженность топлива определяет требуемую дорогостоящую топливную загрузку активной зоны реактора. А чтобы максимально снизить эту загрузку, РБН необходимо проектировать для работы при высоких объемных плотностях энерговыделения в активной зоне. Объемная плотность энерговыделения и удельная топливная загрузка (кг/кВт) непосредственно влияют на коэффициент воспроизводства, на время удвоения топлива и на другие основные экономические показатели РБН.

Средняя плотность энерговыделения, кВт /л 430 370 380 460 380 ' 285

При теплогидравлических расчетах есть несколько отличий от расчетов в обычной энергетике. Рассчитывая топливный сердечник, учитывают, что в топливе выделяется 94—97 % всей энергии (зависит от состава реактора и уточняется в ходе нейтронно-физического расчета), однако в теплоноситель поступает около 100 %, так как около 3— 6 % выделяется в оболочках, кассетах, дистанцио-нирующих решетках, механических СУЗ и теплоносителе. Из сказанного следует, что необходимо проводить теплогидравлический расчет органов СУЗ, особенно если они расположены в специальных каналах (РБМК). В стержнях СУЗ ВВЭР, сделанных из нержавеющей стали с 3 %-ным содержанием бора, средняя плотность энерговыделения составляет 2—3 MBt/mj. В реакторах РБМК стержни выполнены в виде трубок, заполненных карбидом бора В4С, и средняя плотность энерговыделения в них составляет 5—6 МВт/м . В реакторах на быстрых нейтронах в стержнях из В4С плотность энерговыделения достигает 100 МВт/м . Предельная температура контакта В4С с оболочкой из нержавеющей стали 873 К.

где F(x, /) - сила, действующая на единицу объема; о,. - коэффициент теплового расширения; Q(x, t) — плотность энерговыделения, Вт/м3; Т — температура; В — объемный модуль упругости; а - температуропроводность среды. Характер решения системы уравнений (4.6)-(4.7) зависит от того, обладает ли среда сдвиговой упругостью, т.е. от ее агрегатного состояния. Большинство решений получены для жидкости, однако их результаты пригодны для оценочных расчетов и в случае твердых тел. Для звукового давления в жидкости можно записать волновое уравнение вида