Snabb neutronmultiplikationsfaktor

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 15 januari 2019; kontroller kräver 6 redigeringar .

Multiplikationsfaktorn på snabba neutroner $\mu$ är ett värde som visar under en kärnkedjereaktion i en termisk neutronreaktor hur många gånger fler neutroner som produceras under klyvningar , inklusive de som orsakas av snabba neutroner , jämfört med klyvningar som enbart beror på termiska neutroner .

Reproduktion på snabba neutroner

I termiska neutronreaktorer sker snabb neutronmultiplikation om kärnbränslet innehåller en isotop som kan forcera fission vid interaktion med snabba neutroner. I det här fallet ökar sådana klyvningar dessutom antalet neutroner, vilket påskyndar kedjereaktionen. Multiplikationsfaktorn på snabba neutroner är lika med förhållandet mellan antalet neutroner som produceras med kärnklyvning under inverkan av snabba neutroner och antalet neutroner som genereras utan sådana klyvningar.

Multiplikationsfaktorn för snabba neutroner beror på bränslets sammansättning och reaktorns form. I termiska neutronreaktorer med låganrikat urankärnbränsle är koncentrationen 238 U flera gånger högre än koncentrationen 235 U . Snabba MeV-neutroner orsakar mycket färre klyvningar på 235 U än klyvningar på 238 U. Därför tas vanligtvis inte hänsyn till den första isotopens bidrag till multiplikationen av snabba neutroner, medan den andra har en märkbar effekt. $E_{n}>1{,}0$

Homogen miljö

I en homogen kärna är 238 U kärnor omgivna av ett stort antal moderatorkärnor . Klyvningsneutroner, som penetrerar genom denna miljö, är mer benägna att uppleva kollisioner med lätta moderatorkärnor. I det här fallet förlorar neutronerna energi, vilket blir under fissionströskeln på 238 U - det vill säga de flesta snabba neutroner saktar ner och kan inte provocera klyvningen av kärnorna i denna isotop. Därför är multiplikationsfaktorn för snabba neutroner i homogena reaktorer nära enhet.

Heterogen miljö

I en heterogen reaktor rör sig fissionsneutroner först i bränslestavar bland 238 U kärnor i frånvaro av en moderator. Därför, i en heterogen reaktor, har kollisionen av en neutron med en 238 U kärna och efterföljande fission en mycket högre sannolikhet än i en homogen reaktor. Dess värde är ju högre, desto högre är antalet 238 U kärnor i vägen för en snabb neutron. Det beror på storleken på bränsleelementen, koncentrationen av 238 U, och även på rutnätsavståndet mellan bränsleelementens placering . Till exempel, med en större tjocklek av ett bränsleelement är neutronbanan längre än med en mindre, vilket innebär att multiplikationsfaktorn för snabba neutroner i det första fallet är större än i det andra. $a$

Om gitterstigningen är mycket större än spridningslängden för en snabb neutron i moderatorn , bromsas de flesta neutronerna in i ett annat bränsleelement till energierna MeV, vilket inte räcker för ett betydande antal klyvningar 238 U. Därför, för gitter med ett steg , går multiplikation med snabba neutroner praktiskt taget inte utöver gränserna för bränsleelementet - därför bestäms koefficienten endast av bränsleelementets storlek och sammansättning. Till exempel, för stavar med radie , bestående av naturligt uran: $a$ $\lambda _{S}$ $E_{n}<1{,}0$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu$ $R$

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

I tryckvattenreaktorer bildar bränslestavar ett tätt galler ( ). Detta arrangemang av bränslestavar minskar absorptionen av termiska neutroner i vatten. I täta gitter kan fissionsneutroner passera genom flera bränsleelement innan de saktar ner under tröskelvärdet för fissionsenergin på 238 U. Den högsta multiplikationsfaktorn på snabba neutroner i VVER . För förhållandet mellan antalet vätekärnor och 238 U beräknas multiplikationsfaktorn på snabba neutroner med den ungefärliga formeln: $a\ll \lambda _{S}$ $N_{H}/N_{8}>3$

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

Låt oss beräkna multiplikationsfaktorn för snabba neutroner:

För ett urangrafitgitter med = 14 cm och en naturlig uranstavdiameter på 3 cm. Spridningslängden i grafit = 2,5 cm, så vi kan anta att . Därför, . $a$ $\lambda _{S}$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu =1+1{,}75\cdot 10^{-2}\cdot 3/2\approx 1{,}026$
För VVER med : . $N_{H}/N_{8}\geqslant 5$ $\mu \approx 1+0{,}22\cdot 1/5=1{,}044$

Se även

Neutronmultiplikationsfaktor

Litteratur

Klimov A. N. Kärnfysik och kärnreaktorer. M. Atomizdat , 1971.
Levin VE Kärnfysik och kärnreaktorer. 4:e uppl. — M.: Atomizdat , 1979.
Petunin V.P. Termisk kraftteknik för kärnkraftsanläggningar M.: Atomizdat , 1960.