Termikus neutronhasznosítási tényező

A θ termikus neutronhasznosítási tényező egy nukleáris láncreakció paraméter , amely megmutatja, hogy a termikus neutronok hány hányadát nyeli el a nukleáris üzemanyag.

Homogén reaktor

A homogén magban lévő moderátort és a nukleáris üzemanyagot azonos φ sűrűségű termikus neutronáramokkal sugározzák be . Ha feltételezzük, hogy egy homogén keverék moderátorból és nukleáris üzemanyagból ( urán ) áll, akkor az olyan paraméterek, mint az urán hígítása moderátorral, urándúsítás és neutronhőmérséklet, a θ termikus neutronhasznosítási tényezőre a következőképpen hatnak:

Az 1 s alatt elnyelt termikus neutronok száma egységnyi térfogatú homogén keverékben:

Σ a φ=(Σ Z a +Σ U a )φ, ahol

φ a neutronfluxus
Σ a a keverék makroszkopikus abszorpciós keresztmetszete;
Σ Z a a moderátor makroszkopikus abszorpciós keresztmetszete;
Σ U a az urán makroszkopikus abszorpciós keresztmetszete.

Így a θ együttható megegyezik az uránban elnyelt termikus neutronok hányadával:

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

Ha a makroszkopikus metszeteket mikroszkopikusakra cseréljük a Σ i =Nσ i képlet szerint , akkor az utolsó kifejezést kapjuk

A képlet elemzéséből három következtetés következik:

  1. a homogén keverék θ együtthatója nem függ a v neutronsebességtől, és így a T n neutronhőmérséklettől , ha a keverék összes komponensének σ a abszorpciós keresztmetszete megfelel az 1 / v törvénynek ;
  2. az urán koncentrációjának növekedésével a keverékben a θ együttható egységnyire hajlik. Éppen ellenkezőleg, az urán hígítása moderátorral a θ együttható csökkenéséhez vezet
  3. az urándúsítás növekedésével a σ U a abszorpciós keresztmetszet és a θ együttható növekszik.

Heterogén reaktor

A heterogén mag, ellentétben a homogénnel, inhomogén a termikus neutronok számára, mivel a moderátor abszorpciós keresztmetszete és a fűtőelem anyaga erősen különbözik. Vizsgáljuk meg a θ értékének változását a homogén rendszerből a heterogén rendszerbe való átmenet során egy uránrúdból és egy moderátorból álló hengeres cella példáján.

A gyors neutronok elvesztik energiájukat a moderátorban, mivel az uránrúd csak nehéz atomokból áll. Ezért a moderátor termikus neutronok forrása. A moderátorból termikus neutronok áramlanak az uránrúdba. A φ neutronfluxus a sejt határától a középpontig csökken.

A termikus neutronok abszorpciója egy heterogén reaktorban a moderátormagok által nagyobb, mint egy homogén reaktorban . Ezért a zóna azonos összetétele mellett egy heterogén reaktor θ het együtthatója kisebb, mint egy homogén reaktor θ homo együtthatója. A homogén rendszerből a heterogén rendszerbe való átmenet rontja a termikus neutronok láncreakcióban történő felhasználását. Például egy négyzet alakú urán-grafit rácsban, amelynek a lépése a = 30 cm, és egy természetes uránrúdban, amelynek átmérője d = 3 cm, az atomok számának aránya N C  / N U = 215, és az együttható θ. het = 0,885. A szénatommagok és a természetes urán ilyen arányú homogén keverékében a θ gom értéke 0,915. Ebben az esetben a termikus neutronok felhasználásának hatékonysága körülbelül 3%-kal csökken a heterogén rendszerre való átálláskor.

Lásd még

Irodalom