Factorul de multiplicare rapidă a neutronilor

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 15 ianuarie 2019; verificările necesită 6 modificări .

Factorul de multiplicare pe neutroni rapizi $\mu$ este o valoare care arată în timpul unei reacții nucleare în lanț într- un reactor cu neutroni termici , de câte ori sunt produși mai mulți neutroni în timpul fisiunilor , inclusiv cei cauzați de neutroni rapizi , comparativ cu fisiunile datorate numai neutronilor termici .

Reproducerea pe neutroni rapizi

În reactoarele cu neutroni termici, multiplicarea rapidă a neutronilor are loc dacă combustibilul nuclear conține un izotop capabil de fisiune forțată la interacțiunea cu neutronii rapizi. În acest caz, astfel de fisiuni cresc suplimentar numărul de neutroni, accelerând reacția în lanț. Factorul de multiplicare pe neutroni rapizi este egal cu raportul dintre numărul de neutroni produși prin fisiunea nucleară sub acțiunea neutronilor rapizi și numărul de neutroni generați fără astfel de fisiuni.

Factorul de multiplicare pentru neutronii rapizi depinde de compoziția combustibilului și de forma reactorului. În reactoarele cu neutroni termici cu combustibil nuclear cu uraniu slab îmbogățit , concentrația de 238 U este de câteva ori mai mare decât concentrația de 235 U. Neutronii MeV rapizi provoacă mult mai puține fisiuni de 235 U decât fisiuni de 238 U. Prin urmare, contribuția primului izotop la multiplicarea neutronilor rapizi nu este de obicei luată în considerare, în timp ce al doilea are un efect notabil. $E_{n}>1{,}0$

Mediu omogen

Într -un nucleu omogen , 238 de nuclee U sunt înconjurate de un număr mare de nuclee moderatoare . Neutronii de fisiune, care pătrund prin acest mediu, sunt mai susceptibili de a experimenta coliziuni cu nucleele moderatoare de lumină. În acest caz, neutronii pierd energie, care devine sub pragul de fisiune de 238 U - adică majoritatea neutronilor rapizi încetinesc și nu pot provoca fisiunea nucleelor acestui izotop. Prin urmare, factorul de multiplicare pentru neutronii rapizi din reactoarele omogene este aproape de unitate.

Mediu eterogen

Într -un reactor eterogen , neutronii de fisiune se mișcă mai întâi în barele de combustibil printre 238 de nuclee U în absența unui moderator. Prin urmare, într-un reactor eterogen, ciocnirea unui neutron cu un nucleu de 238 U și fisiunea ulterioară are o probabilitate mult mai mare decât într-un reactor omogen. Valoarea sa este cu cât este mai mare, cu atât este mai mare numărul de 238 de nuclee U pe calea unui neutron rapid. Depinde de dimensiunea elementelor de combustibil, de concentrația de 238 U și, de asemenea, de distanța dintre grilă a locației elementelor de combustibil . De exemplu, cu o grosime mai mare a unui element de combustibil, calea neutronilor este mai lungă decât în cazul unuia mai mic, ceea ce înseamnă că factorul de multiplicare pentru neutronii rapizi în primul caz este mai mare decât în al doilea. $A$

Dacă pasul rețelei este mult mai mare decât lungimea de împrăștiere a unui neutron rapid în moderator , atunci majoritatea neutronilor care intră într-un alt element combustibil sunt încetiniți la energii MeV, ceea ce nu este suficient pentru un număr semnificativ de fisiuni 238 U. Prin urmare, pentru rețelele cu o treaptă , multiplicarea cu neutroni rapizi practic nu depășește limitele elementului de combustibil - prin urmare, coeficientul este determinat doar de dimensiunea și compoziția elementului de combustibil. De exemplu, pentru tije cu rază , constând din uraniu natural: $A$ $\lambda _{S}$ $E_{n}<1{,}0$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu$ $R$

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

În reactoarele cu apă sub presiune , barele de combustibil formează o rețea strânsă ( ). Acest aranjament al barelor de combustibil reduce absorbția neutronilor termici în apă. În rețelele apropiate, neutronii de fisiune pot trece prin mai multe elemente de combustibil înainte de a încetini sub pragul energiei de fisiune de 238 U. Cel mai mare factor de multiplicare pentru neutronii rapizi în VVER . Pentru raportul dintre numărul de nuclee de hidrogen și 238 U , factorul de multiplicare pe neutroni rapizi se calculează prin formula aproximativă: $a\ll \lambda _{S}$ $N_{H}/N_{8}>3$

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

Să calculăm factorul de multiplicare pentru neutronii rapizi:

Pentru o rețea uraniu-grafit cu = 14 cm și un diametru al tijei de uraniu natural de 3 cm Lungimea de împrăștiere în grafit = 2,5 cm, deci putem presupune că . Prin urmare, . $A$ $\lambda _{S}$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu =1+1{,}75\cdot 10^{-2}\cdot 3/2\approx 1{,}026$
Pentru VVER cu : . $N_{H}/N_{8}\geqslant 5$ $\mu \approx 1+0{,}22\cdot 1/5=1{,}044$

Vezi și

Factorul de multiplicare a neutronilor

Literatură

Klimov A. N. Fizică nucleară și reactoare nucleare. M. Atomizdat , 1971.
Levin VE Fizică nucleară și reactoare nucleare. a 4-a ed. — M.: Atomizdat , 1979.
Petunin V.P. Ingineria termoenergetică a instalațiilor nucleare M.: Atomizdat , 1960.