Terminen neutronien käyttökerroin

Terminen neutronien käyttökerroin θ on ydinketjureaktioparametri, joka osoittaa, minkä osan lämpöneutroneista ydinpolttoaine absorboi.

Homogeeninen reaktori

Hidastin ja ydinpolttoaine homogeenisessa ytimessä säteilytetään lämpöneutronivirroilla , joilla on sama tiheys φ. Jos oletetaan, että homogeeninen seos koostuu hidastimesta ja ydinpolttoaineesta ( uraanista ), niin tällaisten parametrien, kuten uraanin laimentaminen hidastimella, uraanin rikastaminen ja neutronien lämpötila, vaikutus lämpöneutronien käyttökertoimeen θ on seuraava:

1 sekunnissa absorboituneiden lämpöneutronien lukumäärä homogeenisen seoksen tilavuusyksikköä kohti:

Σ a φ=(Σ Z a +Σ U a )φ, missä

φ on neutronivirta
Σ a on seoksen makroskooppinen absorptiopoikkileikkaus;
Σ Za on moderaattorin makroskooppinen absorptiopoikkileikkaus;
Σ U a on uraanin makroskooppinen absorptiopoikkileikkaus.

Näin ollen kerroin θ on yhtä suuri kuin uraaniin absorboituneiden lämpöneutronien osuus:

θ=Σ U a φ/Σ a φ=Σ U a /(Σ U a +Σ Za ) .

Jos korvaamme makroskooppiset leikkaukset mikroskooppisilla kaavan Σ i =Nσ i mukaisesti, saadaan viimeinen lauseke muodossa

Kaavan analyysistä seuraa kolme johtopäätöstä:

  1. homogeenisen seoksen kerroin θ ei riipu neutronin nopeudesta v ja siten neutronien lämpötilasta T n , jos seoksen kaikkien komponenttien absorption poikkileikkaus σ a noudattaa lakia 1/ v ;
  2. uraanin pitoisuuden kasvaessa seoksessa kerroin θ pyrkii olemaan yksi. Päinvastoin, uraanin laimennus hidastimella johtaa kertoimen θ laskuun
  3. uraanin rikastamisen kasvaessa absorption poikkileikkaus σ U a ja kerroin θ kasvavat.

Heterogeeninen reaktori

Heterogeeninen ydin, toisin kuin homogeeninen, on epähomogeeninen lämpöneutroneille, koska hidastimen ja polttoaine-elementin materiaalin absorptiopoikkileikkaukset eroavat jyrkästi. Tarkastellaan θ:n arvon muutosta siirtyessä homogeenisesta systeemistä heterogeeniseen käyttämällä esimerkkiä lieriömäisestä kennosta, joka koostuu uraanisauvasta ja hidastimesta.

Nopeat neutronit menettävät energiansa hidastimessa, koska uraanisauva koostuu vain raskaita atomeista. Siksi moderaattori on lämpöneutronien lähde. Moderaattorista termiset neutronit virtaavat uraanisauvaan. Neutronivuo φ pienenee solun rajalta sen keskustaan.

Lämpöneutronien absorptio heterogeenisessa reaktorissa hidastimen ytimiin on suurempi kuin homogeenisessa reaktorissa . Siksi samalla sydämen koostumuksella heterogeenisen reaktorin kerroin θ het on pienempi kuin homogeenisen reaktorin kerroin θ homo . Siirtyminen homogeenisesta systeemistä heterogeeniseen huonontaa termisten neutronien käyttöä ketjureaktiossa. Esimerkiksi nelikulmaisessa uraani-grafiittihilassa, jonka askelma a = 30 cm ja luonnonuraanisauvassa, jonka halkaisija on d = 3 cm, atomien lukumäärän suhde N C  / N U = 215 ja kerroin θ het = 0,885. Homogeenisessa seoksessa, jossa on tällainen hiiliytimien ja luonnonuraanin suhde, θ gom = 0,915. Tässä tapauksessa lämpöneutronien käytön tehokkuus laskee noin 3 % siirtyessä heterogeeniseen järjestelmään.

Katso myös

Kirjallisuus