Nopea neutronien kerroin

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 15. tammikuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 6 muokkausta .

Nopeiden neutronien kerroin $\mu$ on arvo, joka osoittaa lämpöneutronireaktorissa tapahtuvan ydinketjureaktion aikana , kuinka monta kertaa enemmän neutroneja syntyy fissioiden aikana , mukaan lukien nopeiden neutronien aiheuttamat fissiot , verrattuna pelkästään lämpöneutronien aiheuttamiin fissioihin .

Lisääntyminen nopeilla neutroneilla

Termisissä neutronireaktoreissa nopea neutronien lisääntyminen tapahtuu, jos ydinpolttoaine sisältää isotoopin, joka kykenee pakkofissioon vuorovaikutuksessa nopeiden neutronien kanssa. Tässä tapauksessa tällaiset fissiot lisäävät lisäksi neutronien määrää kiihdyttäen ketjureaktiota. Nopeiden neutronien kerroin on yhtä suuri kuin nopeiden neutronien vaikutuksesta ydinfissiolla syntyneiden neutronien lukumäärän suhde ilman tällaisia fissioita syntyneiden neutronien määrään.

Nopeiden neutronien kerroin riippuu polttoaineen koostumuksesta ja reaktorin muodosta. Termisissä neutronireaktoreissa, joissa on vähän rikastettua uraania sisältävää ydinpolttoainetta , 238 U :n pitoisuus on useita kertoja suurempi kuin 235 U :n pitoisuus . Nopeat MeV-neutronit aiheuttavat paljon vähemmän 235 U:n fissioita kuin 238 U:n fissiot . Siksi ensimmäisen isotoopin osuutta nopeiden neutronien lisääntymiseen ei yleensä oteta huomioon, kun taas toisella on huomattava vaikutus. $E_{n}>1{,}0$

Homogeeninen ympäristö

Homogeenisessa ytimessä 238 U -ydintä ympäröi suuri määrä moderaattoriytimiä . Fissioneutronit, jotka tunkeutuvat tämän ympäristön läpi, kokevat todennäköisemmin törmäyksiä kevyiden hidastinytimien kanssa. Tässä tapauksessa neutronit menettävät energiaa, joka jää 238 U :n fissiokynnyksen alapuolelle - eli useimmat nopeat neutronit hidastuvat eivätkä voi aiheuttaa tämän isotoopin ytimien fissiota. Siksi nopeiden neutronien kerroin homogeenisissa reaktoreissa on lähellä yksikköä.

Heterogeeninen ympäristö

Heterogeenisessä reaktorissa fissioneutronit liikkuvat ensin polttoainesauvoissa 238 U-ytimen joukossa ilman hidastajaa. Siksi heterogeenisessä reaktorissa neutronin törmäyksellä 238 U:n ytimeen ja sitä seuraavalla fissiolla on paljon suurempi todennäköisyys kuin homogeenisessa reaktorissa. Sen arvo on sitä suurempi, mitä suurempi on 238 U-ytimen lukumäärä nopean neutronin reitillä. Se riippuu polttoaine-elementtien koosta, 238 U:n pitoisuudesta ja myös polttoaine-elementtien sijainnin ristikkovälistä . Esimerkiksi suuremmalla polttoaine-elementin paksuudella neutronien reitti on pidempi kuin pienemmällä, mikä tarkoittaa, että nopeiden neutronien kerroin ensimmäisessä tapauksessa on suurempi kuin toisessa. $a$

Jos hilan nousu on paljon suurempi kuin nopean neutronin sirontapituus hidastimessa , niin suurin osa toiseen polttoaine-elementtiin saapuvista neutroneista hidastuu energioihin MeV, mikä ei riitä merkittävään määrään fissioita 238 U. hiloille, joissa on askel , kertominen nopeilla neutroneilla ei käytännössä ylitä polttoaine-elementin rajoja - siksi kerroin määräytyy vain polttoaine-elementin koon ja koostumuksen mukaan. Esimerkiksi sauvoille, joiden säde on luonnonuraania: $a$ $\lambda _{S}$ $E_{n}<1{,}0$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu$ $R$

\mu \noin 1+1{,}75\cdot 10^{-2}R

Painevesireaktoreissa polttoainesauvat muodostavat tiiviin hilan ( ) . Tämä polttoainesauvojen järjestely vähentää lämpöneutronien absorptiota vedessä. Suljetussa hilassa fissioneutronit voivat kulkea useiden polttoaine-elementtien läpi ennen kuin ne hidastuvat 238 U:n fissioenergian kynnyksen alapuolelle. Korkein kertoimella nopeilla neutroneilla VVER . Vetyytimien lukumäärän ja 238 U :n suhteelle nopeiden neutronien kerroin lasketaan likimääräisellä kaavalla: $a\ll \lambda _{S}$ $N_{H}/N_{8}>3$

{\displaystyle \mu \noin 1+0{,}22\cdot N_{8}/N_{H))

Lasketaan kerroinkerroin nopeille neutroneille:

Uraani-grafiittihilassa , jonka halkaisija on = 14 cm ja luonnonuraanisauvan halkaisija 3 cm, sirontapituus grafiitissa = 2,5 cm, joten voidaan olettaa, että . Siksi ,. $a$ $\lambda _{S}$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu =1+1{,}75\cdot 10^{-2}\cdot 3/2\noin 1{,}026$
VVER : lle , jossa : . $N_{H}/N_{8}\geqslant 5$ $\mu \noin 1+0{,}22\cdot 1/5=1{,}044$

Katso myös

Neutronien kerroin

Kirjallisuus

Klimov A. N. Ydinfysiikka ja ydinreaktorit. M. Atomizdat , 1971.
Levin VE Ydinfysiikka ja ydinreaktorit. 4. painos - M.: Atomizdat , 1979.
Petunin V.P. Ydinlaitosten lämpövoimatekniikka M.: Atomizdat , 1960.