Hurtig neutron multiplikationsfaktor

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 15. januar 2019; checks kræver 6 redigeringer .

Multiplikationsfaktoren på hurtige neutroner $\mu$ er en værdi, der under en nuklear kædereaktion i en termisk neutronreaktor viser, hvor mange gange flere neutroner, der produceres under fissioner , inklusive dem, der er forårsaget af hurtige neutroner , sammenlignet med fissioner, der kun skyldes termiske neutroner .

Reproduktion på hurtige neutroner

I termiske neutronreaktorer opstår hurtig neutronformering, hvis kernebrændstoffet indeholder en isotop, der er i stand til tvungen fission ved interaktion med hurtige neutroner. I dette tilfælde øger sådanne spaltninger yderligere antallet af neutroner, hvilket accelererer kædereaktionen. Multiplikationsfaktoren på hurtige neutroner er lig med forholdet mellem antallet af neutroner produceret med nuklear fission under påvirkning af hurtige neutroner og antallet af neutroner genereret uden sådanne fissioner.

Multiplikationsfaktoren for hurtige neutroner afhænger af sammensætningen af brændstoffet og reaktorens form. I termiske neutronreaktorer med kernebrændsel med lavt beriget uran er koncentrationen på 238 U flere gange højere end koncentrationen på 235 U. Hurtige MeV-neutroner forårsager meget færre spaltninger på 235 U end spaltninger på 238 U. Derfor tages der normalt ikke højde for den første isotops bidrag til multiplikationen af hurtige neutroner, mens den anden har en mærkbar effekt. $E_{n}>1{,}0$

Homogent miljø

I en homogen kerne er 238 U kerner omgivet af et stort antal moderatorkerner . Fissionsneutroner, der trænger gennem dette miljø, er mere tilbøjelige til at opleve kollisioner med lette moderatorkerner. I dette tilfælde mister neutronerne energi, som bliver under fissionstærsklen på 238 U - det vil sige, at de fleste hurtige neutroner sænker farten og kan ikke fremprovokere fissionen af kernerne i denne isotop. Derfor er multiplikationsfaktoren for hurtige neutroner i homogene reaktorer tæt på enhed.

Heterogent miljø

I en heterogen reaktor bevæger fissionsneutroner sig først i brændselsstænger blandt 238 U kerner i fravær af en moderator. I en heterogen reaktor har kollisionen af en neutron med en 238 U-kerne og efterfølgende fission derfor en meget højere sandsynlighed end i en homogen reaktor. Dens værdi er jo højere, jo højere er antallet af 238 U kerner i en hurtig neutrons vej. Det afhænger af størrelsen af brændselselementerne, koncentrationen på 238 U, og også af gitterafstanden af placeringen af brændselselementerne . For eksempel, med en større tykkelse af et brændselselement, er neutronbanen længere end med en mindre, hvilket betyder, at multiplikationsfaktoren for hurtige neutroner i det første tilfælde er større end i det andet. $-en$

Hvis gitterstigningen er meget større end spredningslængden af en hurtig neutron i moderatoren , så bremses de fleste neutroner, der kommer ind i et andet brændselselement, til energierne MeV, hvilket ikke er nok til et betydeligt antal spaltninger 238 U. Derfor, for gitter med et trin , går multiplikation med hurtige neutroner praktisk talt ikke ud over grænserne for brændstofelementet - derfor bestemmes koefficienten kun af brændstofelementets størrelse og sammensætning. For eksempel for stænger med radius , bestående af naturligt uran: $-en$ $\lambda _{S}$ $E_{n}<1{,}0$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu$ $R$

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

I trykvandsreaktorer danner brændselsstave et tæt gitter ( ). Dette arrangement af brændstofstave reducerer absorptionen af termiske neutroner i vand. I tætte gitter kan fissionsneutroner passere gennem flere brændselselementer, før de bremses under tærskelværdien for fissionsenergi på 238 U. Den højeste multiplikationsfaktor på hurtige neutroner i VVER . For forholdet mellem antallet af brintkerner og 238 U beregnes multiplikationsfaktoren på hurtige neutroner med den omtrentlige formel: $a\ll \lambda _{S}$ $N_{H}/N_{8}>3$

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

Lad os beregne multiplikationsfaktoren for hurtige neutroner:

For et urangrafitgitter med = 14 cm og en naturlig uranstangdiameter på 3 cm Spredningslængden i grafit = 2,5 cm, så vi kan antage, at . Derfor ,. $-en$ $\lambda _{S}$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu =1+1{,}75\cdot 10^{-2}\cdot 3/2\approx 1{,}026$
Til VVER med : . $N_{H}/N_{8}\geqslant 5$ $\mu \approx 1+0{,}22\cdot 1/5=1{,}044$

Se også

Neutron multiplikationsfaktor

Litteratur

Klimov A. N. Kernefysik og atomreaktorer. M. Atomizdat , 1971.
Levin VE Kernefysik og atomreaktorer. 4. udg. — M.: Atomizdat , 1979.
Petunin V.P. Termisk energiteknik af nukleare installationer M.: Atomizdat , 1960.