Faktor využití tepelných neutronů

Faktor využití tepelných neutronů θ je parametr jaderné řetězové reakce ukazující, jaký podíl tepelných neutronů je absorbován jaderným palivem.

Homogenní reaktor

Moderátor a jaderné palivo v homogenní aktivní zóně jsou ozařovány tepelnými neutronovými toky o stejné hustotě φ. Pokud předpokládáme, že homogenní směs sestává z moderátoru a jaderného paliva ( uranu ), pak vliv na faktor využití tepelných neutronů θ takových parametrů, jako je ředění uranu moderátorem, obohacení uranu a teplota neutronů, bude následující:

Počet tepelných neutronů absorbovaných za 1 s na jednotku objemu homogenní směsi:

Σ a φ=(Σ Z a +Σ U a )φ, kde

φ je tok neutronů
Σ a je makroskopický absorpční průřez směsi;
Σ Za je makroskopický absorpční průřez moderátorem;
Σ U a je makroskopický absorpční průřez uranu.

Koeficient θ se tedy rovná podílu tepelných neutronů absorbovaných v uranu:

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

Nahradíme-li makroskopické řezy mikroskopickými podle vzorce Σ i =Nσ i , získáme poslední výraz ve tvaru

Z analýzy vzorce vyplývají tři závěry:

  1. koeficient θ homogenní směsi nezávisí na rychlosti neutronů v , a tedy na teplotě neutronů Tn , jestliže absorpční průřez σ a všech složek směsi vyhovuje zákonu 1/ v ;
  2. se zvyšující se koncentrací uranu ve směsi má koeficient θ tendenci k jednotce. Naopak ředění uranu moderátorem vede ke snížení koeficientu θ
  3. s nárůstem obohacení uranu se zvětšuje absorpční průřez σ U a a koeficient θ.

Heterogenní reaktor

Heterogenní jádro je na rozdíl od homogenního pro tepelné neutrony nehomogenní, protože absorpční průřezy moderátoru a materiálu palivového prvku se výrazně liší. Uvažujme změnu hodnoty θ při přechodu z homogenní soustavy do heterogenní na příkladu válcového článku skládajícího se z uranové tyče a moderátoru.

Rychlé neutrony ztrácejí svou energii v moderátoru, protože uranová tyč se skládá pouze z těžkých atomů. Proto je moderátor zdrojem tepelných neutronů. Z moderátoru proudí tepelné neutrony do uranové tyče. Neutronový tok φ klesá od hranice buňky k jejímu středu.

Absorpce tepelných neutronů v heterogenním reaktoru jádry moderátoru je větší než v homogenním reaktoru . Proto při stejném složení aktivní zóny je koeficient θ het heterogenního reaktoru menší než koeficient θ homo homogenního reaktoru. Přechod z homogenního systému na heterogenní zhoršuje využití tepelných neutronů v řetězové reakci. Například ve čtvercové uran-grafitové mřížce s krokem a = 30 cm a přírodní uranové tyči o průměru d = 3 cm je poměr počtu atomů N C  / N U = 215 a koeficient θ het = 0,885. V homogenní směsi s takovým poměrem uhlíkových jader a přírodního uranu je hodnota θ gom = 0,915. V tomto případě se účinnost využití tepelných neutronů při přechodu do heterogenního systému snižuje přibližně o 3 %.

Viz také

Literatura