Factorul de utilizare a neutronilor termici

Factorul de utilizare a neutronilor termici θ este un parametru de reacție nucleară în lanț care arată ce fracție de neutroni termici este absorbită de combustibilul nuclear.

Reactor omogen

Moderatorul și combustibilul nuclear dintr-un miez omogen sunt iradiați cu fluxuri de neutroni termici de aceeași densitate φ. Dacă presupunem că un amestec omogen constă dintr-un moderator și combustibil nuclear ( uraniu ), atunci influența asupra factorului de utilizare a neutronilor termici θ a unor parametri precum diluarea uraniului cu un moderator, îmbogățirea uraniului și temperatura neutronilor va fi după cum urmează:

Numărul de neutroni termici absorbiți în 1 s pe unitatea de volum a unui amestec omogen:

Σ a φ=(Σ Z a +Σ U a )φ, unde

φ este fluxul de neutroni
Σ a este secțiunea transversală de absorbție macroscopică a amestecului;
Σ Z a este secțiunea transversală de absorbție macroscopică a moderatorului;
Σ U a este secțiunea transversală de absorbție macroscopică a uraniului.

Astfel, coeficientul θ este egal cu fracția de neutroni termici absorbiți în uraniu:

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

Dacă înlocuim secțiuni macroscopice cu secțiuni microscopice după formula Σ i =Nσ i , obținem ultima expresie sub forma

Din analiza formulei rezultă trei concluzii:

  1. coeficientul θ al unui amestec omogen nu depinde de viteza neutronilor v , și deci de temperatura neutronilor T n , dacă secțiunea transversală de absorbție σ a a tuturor componentelor amestecului respectă legea 1/ v ;
  2. pe măsură ce concentrația de uraniu din amestec crește, coeficientul θ tinde spre unitate. Dimpotrivă, diluarea uraniului cu un moderator duce la o scădere a coeficientului θ
  3. cu o creștere a îmbogățirii cu uraniu crește secțiunea transversală de absorbție σ U a și coeficientul θ.

Reactor eterogen

Un miez eterogen, spre deosebire de unul omogen, este neomogen pentru neutronii termici, deoarece secțiunile transversale de absorbție ale moderatorului și materialul elementului combustibil diferă brusc. Să luăm în considerare modificarea valorii lui θ în timpul tranziției de la un sistem omogen la unul eterogen folosind exemplul unei celule cilindrice constând dintr-o tijă de uraniu și un moderator.

Neutronii rapizi își pierd energia în moderator, deoarece tija de uraniu este formată numai din atomi grei. Prin urmare, moderatorul este o sursă de neutroni termici. Din moderator, neutronii termici curg în tija de uraniu. Fluxul de neutroni φ scade de la limita celulei la centrul acesteia.

Absorbția neutronilor termici într-un reactor eterogen de către nucleele moderatoare este mai mare decât într- unul omogen . Prin urmare, cu aceeași compoziție a miezului, coeficientul θ het al unui reactor eterogen este mai mic decât coeficientul θ homo al unui reactor omogen. Trecerea de la un sistem omogen la unul eterogen agravează utilizarea neutronilor termici într-o reacție în lanț. De exemplu, într-o rețea pătrată uraniu-grafit cu treapta a = 30 cm și o tijă de uraniu natural cu diametrul d = 3 cm, raportul dintre numărul de atomi N C  / N U = 215 și coeficientul θ het = 0,885. Într-un amestec omogen cu un astfel de raport de nuclee de carbon și uraniu natural, valoarea lui θ gom = 0,915. În acest caz, eficiența utilizării neutronilor termici scade cu aproximativ 3% la trecerea la un sistem eterogen.

Vezi și

Literatură