Твэги – что это?

В разных реакторах твэги по-разному называются. Стержень с гадолинием.

Длина свободного пробега теплового нейтрона значительно меньше (намного меньше) диаметра стержня с гадолинием. Это означает, что все тепловые нейтроны вначале будут поглощаться в тоненьком поверхностном слое. Помните, когда мы рассматривали резонансное поглощение в 238U, мы говорили, что нейтроны в резонансе поглощаются в тоненькой корочке. Вот здесь будет то же самое для тепловых нейтронов. Потому что у гадолиния очень большое сечение поглощения нейтронов.

Нарисуем график – концентрацию ядер Твэги – что это? (поглощающего изотопа гадолиния) от радиуса стержня r (рис. 17.11). В начальный момент кампании, естественно, гадолиний распределен равномерно по диаметру таблетки r0. Там, где таблетка кончилась (r > r0) концентрация Твэги – что это?= 0. Но как только реактор начинает работать, а нейтроны падают сбоку Твэги – что это? на этот стержень, 135Gd в поверхностном слое  начинает выгорать. И постепенно радиус зоны, где остается гадолиний, становится все меньше и меньше. На рис. 17.11 можно нарисовать (условно) распределение ядер 135Gd в разные моменты времени — t1 и t2, например, причем t1
< t2. Когда наступит конец кампании, то 135Gd  вообще уже не остается, эта зона, содержащаяся ядра 135Gd, стягивается до оси, в ниточку. Т.е. гадолиний  как химический элемент, как вещество остается, но это уже другой изотоп, не сильно поглощающий нейтроны, а слабо поглощающий изотоп. Вот что получается при гетерогенном размещении гадолиния, как выгорающего поглотителя.

Вопрос – может, концентрация ядер тогда меняется?

Так  вот она и меняется. Поскольку нейтроны могут проникать только в очень тонкий слой, то вначале «сгорит» только поверхностный слой, обнажится следующий и вот зона с поглощающим изотопом гадолинием будет постепенно уменьшаться и уменьшаться до тех пор, пока не обратится в ноль. Все, тогда этот изотоп выгорит до конца.

Вопрос – на графике можно зависимость изображать не от радиуса, а от концентрации?

     Нет, на рис. 17.11 здесь концентрация, здесь радиус, а параметром является время. Вот такая кривая распределения поглощения в начальный момент времени, когда t = 0, вот такая  — когда реактор поработает (t1), а такая – когда реактор еще больше поработает (t2 на рис. 17.11).

      Вопрос – а концентрация постоянна?

      В той зоне постоянна, потому что туда нейтроны тепловые не проникают. Область проникновения нейтронов – 10 мк, грубо говоря. Поэтому стержень послойно, как бы снаружи съедается, как сосулька тает, с поверхности…

Вопрос – какие там изотопы?

Два изотопа — 155 и 157. Такие поглотители получили название обгорающих, в отличие от выгорающих, т.к. они с поверхности «горят» («обгорают»). Причем при этом оказывается, что закон, по которому освобождается реактивность, в этом случае близок к тому, который нужен, потому что радиус этой зоны уменьшается почти линейно. Получается, что поглотитель поверхностью работает, вот поглощающая поверхность уменьшается со временем линейно и, стало быть, количество поглощенных нейтронов тоже уменьшается линейно. Т.е. его эффективность, вот это Dk, освобождается близко к тому, что нужно. Это является характерной особенностью таких обгорающих поглотителей, потом мы еще к ним вернемся.