Gyors neutronszorzótényező
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. január 15-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 6 szerkesztést igényelnek .A gyorsneutronok szorzótényezője egy olyan érték, amely a termikus neutronreaktorban végbemenő magláncreakció során azt mutatja meg , hogy a hasadások során , beleértve a gyorsneutronok okozta hasadásokat is, hányszor több neutron keletkezik , mint a csak termikus neutronok okozta hasadásoknál .
Szaporodás gyors neutronokon
A termikus neutronreaktorokban gyors neutronszaporodás következik be, ha a nukleáris fűtőanyag olyan izotópot tartalmaz, amely gyors neutronokkal való kölcsönhatás során kényszerhasadásra képes. Ebben az esetben az ilyen hasadások emellett növelik a neutronok számát, felgyorsítva a láncreakciót. A gyors neutronok szorzótényezője egyenlő a gyors neutronok hatására maghasadás során keletkező neutronok számának és az ilyen hasadás nélkül keletkező neutronok számának az arányával.
A gyorsneutronok szorzótényezője a tüzelőanyag összetételétől és a reaktor alakjától függ. Az alacsony dúsítású urán nukleáris üzemanyaggal működő termikus neutronreaktorokban a 238 U koncentráció többszöröse a 235 U koncentrációnak . A gyors MeV neutronok sokkal kevesebb 235 U méretű hasadást okoznak, mint a 238 U méretűek. Ezért az első izotópnak a gyors neutronok szaporodásához való hozzájárulását általában nem veszik figyelembe, míg a második izotópnak észrevehető hatása van.
Homogén környezet
Egy homogén magban 238 U-magot nagyszámú moderátormag vesz körül . Az ezen a környezetben áthatoló hasadási neutronok nagyobb valószínűséggel ütköznek könnyű moderátor atommagokkal. Ebben az esetben a neutronok energiát veszítenek, ami a 238 U- os hasadási küszöb alá kerül - vagyis a legtöbb gyors neutron lelassul, és nem tudja kiváltani ennek az izotópnak a magjainak hasadását. Ezért a homogén reaktorokban a gyorsneutronok szorzótényezője közel van az egységhez.
Heterogén környezet
Heterogén reaktorban a hasadási neutronok először üzemanyagrudakban mozognak 238 U atommag között , moderátor hiányában . Ezért egy heterogén reaktorban sokkal nagyobb a valószínűsége a neutron ütközésének egy 238 U atommaggal és az azt követő hasadásnak, mint egy homogén reaktorban. Értéke minél nagyobb, annál több 238 U atommag van egy gyors neutron útján. Ez függ a fűtőelemek méretétől, a 238 U koncentrációtól, valamint a fűtőelemek elhelyezkedésének rácstávolságától is . Például egy nagyobb tüzelőanyag-elemnél a neutronút hosszabb, mint egy kisebbnél, ami azt jelenti, hogy a gyorsneutronok szorzótényezője az első esetben nagyobb, mint a második esetben.
Ha a rácsosztás sokkal nagyobb, mint egy gyors neutron szóródási hossza a moderátorban , akkor a másik fűtőelembe belépő neutronok többsége MeV energiákra lelassul, ami nem elegendő jelentős számú hasadáshoz 238 U. Ezért lépéses rácsoknál a gyors neutronokkal való szorzás gyakorlatilag nem lépi túl az üzemanyagelem határait - ezért az együtthatót csak az üzemanyagelem mérete és összetétele határozza meg. Például természetes uránból álló sugarú rudak esetében:
.
A nyomás alatti vizes reaktorokban az üzemanyagrudak szoros rácsot alkotnak ( ). Az üzemanyagrudak ilyen elrendezése csökkenti a termikus neutronok abszorpcióját a vízben. A szoros rácsokban a hasadási neutronok több fűtőelemen is áthaladhatnak, mielőtt lelassulnának a 238 U-os hasadási energia küszöbértéke alá. A legnagyobb szorzótényező a gyors neutronokon a VVER -ben . A hidrogénatommagok számának és 238 U arányához a gyors neutronok szorzótényezőjét a következő képlettel számítjuk ki:
.
Számítsuk ki a gyors neutronok szorzótényezőjét:
- = 14 cm urán-grafit rácsra és 3 cm átmérőjű természetes uránrúdra A szórási hossza grafitban = 2,5 cm, tehát feltételezhetjük, hogy . Ezért ,.
- VVER -hez a következővel : .
