Termisk neutronudnyttelsesfaktor
Den termiske neutronudnyttelsesfaktor θ er en nuklear kædereaktionsparameter, der viser, hvilken brøkdel af termiske neutroner der absorberes af det nukleare brændsel.
Homogen reaktor
Moderatoren og nukleart brændsel i en homogen kerne bestråles med termiske neutronfluxer med samme tæthed φ. Hvis vi antager, at en homogen blanding består af en moderator og nukleart brændsel ( uran ), så vil indflydelsen på den termiske neutronudnyttelsesfaktor θ af sådanne parametre som fortynding af uran med en moderator, uranberigelse og neutrontemperatur være som følger:
Antallet af termiske neutroner absorberet i 1 s pr. volumenenhed af en homogen blanding:
Σ a φ=(Σ Z a +Σ U a )φ, hvorφ er neutronfluxen
Σ a er det makroskopiske absorptionstværsnit af blandingen;
ΣZa er det makroskopiske absorptionstværsnit af moderatoren;
Σ U a er det makroskopiske absorptionstværsnit af uran.
Således er koefficienten θ lig med fraktionen af termiske neutroner absorberet i uran:
θ=Σ U a φ/Σ a φ=Σ U a /(Σ U a +Σ Z a ).Hvis vi erstatter makroskopiske snit med mikroskopiske efter formlen Σ i =Nσ i , får vi det sidste udtryk i formen
Tre konklusioner følger af analysen af formlen:
- koefficienten θ for en homogen blanding afhænger ikke af neutronhastigheden v og dermed af neutrontemperaturen Tn , hvis absorptionstværsnittet σ a af alle blandingens komponenter overholder loven 1/ v ;
- efterhånden som koncentrationen af uran i blandingen stiger, har koefficienten θ tendens til at blive ens. Tværtimod fører fortynding af uran med en moderator til et fald i koefficienten θ
- med en stigning i uranberigelse øges absorptionstværsnittet σ U a og koefficienten θ.
Heterogen reaktor
En heterogen kerne, i modsætning til en homogen, er inhomogen for termiske neutroner, da absorptionstværsnittene af moderatoren og materialet i brændselselementet adskiller sig skarpt. Lad os overveje ændringen i værdien af θ under overgangen fra et homogent system til et heterogent ved at bruge eksemplet med en cylindrisk celle bestående af en uranstang og en moderator.
Hurtige neutroner mister deres energi i moderatoren, da uranstangen kun består af tunge atomer. Derfor er moderatoren en kilde til termiske neutroner. Fra moderatoren strømmer termiske neutroner ind i uranstangen. Neutronfluxen φ falder fra cellegrænsen til dens centrum.
Moderatorkernernes absorption af termiske neutroner i en heterogen reaktor er større end i en homogen reaktor . Derfor, med den samme sammensætning af kernen, er koefficienten θ het for en heterogen reaktor mindre end koefficienten θ homo for en homogen reaktor. Overgangen fra et homogent system til et heterogent forværrer brugen af termiske neutroner i en kædereaktion. For eksempel, i et kvadratisk urangrafitgitter med et trin a = 30 cm og en naturlig uranstang med en diameter på d = 3 cm, er forholdet mellem antallet af atomer N C / N U = 215 og koefficienten θ het = 0,885. I en homogen blanding med et sådant forhold mellem kulstofkerner og naturligt uran er værdien af θ gom = 0,915. I dette tilfælde falder effektiviteten af anvendelsen af termiske neutroner med ca. 3% ved overgang til et heterogent system.