Multiplikační faktor rychlých neutronů

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 15. ledna 2019; kontroly vyžadují 6 úprav .

Multiplikační faktor na rychlých neutronech $\mu$ je hodnota, která během jaderné řetězové reakce v reaktoru s tepelnými neutrony ukazuje, kolikrát více neutronů vzniká během štěpení , včetně těch, které způsobují rychlé neutrony , ve srovnání se štěpením způsobeným pouze tepelnými neutrony .

Reprodukce na rychlých neutronech

V tepelných neutronových reaktorech dochází k násobení rychlých neutronů, pokud jaderné palivo obsahuje izotop schopný nuceného štěpení při interakci s rychlými neutrony. V tomto případě taková štěpení dodatečně zvyšují počet neutronů a urychlují řetězovou reakci. Multiplikační faktor na rychlých neutronech se rovná poměru počtu neutronů produkovaných jaderným štěpením při působení rychlých neutronů k počtu neutronů generovaných bez takového štěpení.

Multiplikační faktor pro rychlé neutrony závisí na složení paliva a tvaru reaktoru. V tepelných neutronových reaktorech s nízko obohaceným uranovým jaderným palivem je koncentrace 238 U několikanásobně vyšší než koncentrace 235 U . Rychlé neutrony MeV způsobují mnohem méně štěpení 235 U než štěpení 238 U. Proto se obvykle nebere v úvahu příspěvek prvního izotopu k množení rychlých neutronů, zatímco druhý má znatelný vliv. $E_{n}>1{,}0$

Homogenní prostředí

V homogenním jádru je 238 U jader obklopeno velkým počtem moderátorových jader . Štěpné neutrony, pronikající tímto prostředím, častěji prožívají srážky s jádry moderátorů světla. V tomto případě neutrony ztrácejí energii, která se dostává pod práh štěpení 238 U - to znamená, že většina rychlých neutronů se zpomaluje a nemůže vyvolat štěpení jader tohoto izotopu. Proto se multiplikační faktor pro rychlé neutrony v homogenních reaktorech blíží jednotce.

Heterogenní prostředí

V heterogenním reaktoru se štěpné neutrony nejprve pohybují v palivových tyčích mezi jádry 238 U v nepřítomnosti moderátoru. V heterogenním reaktoru má proto srážka neutronu s jádrem 238 U a následné štěpení mnohem vyšší pravděpodobnost než v reaktoru homogenním. Jeho hodnota je tím vyšší, čím vyšší je počet jader 238 U v dráze rychlého neutronu. Závisí na velikosti palivových článků, koncentraci 238 U a také na mřížkové rozteči umístění palivových článků . Například při větší tloušťce palivového článku je dráha neutronů delší než při menší, což znamená, že multiplikační faktor pro rychlé neutrony je v prvním případě větší než ve druhém. $A$

Pokud je rozteč mřížky mnohem větší než délka rozptylu rychlého neutronu v moderátoru , pak je většina neutronů vstupujících do jiného palivového prvku zpomalena na energie MeV, což nestačí pro významný počet štěpení 238 U. u mřížek s krokem násobení rychlými neutrony prakticky nepřekračuje limity palivového prvku - proto je koeficient určen pouze velikostí a složením palivového prvku. Například pro tyče o poloměru sestávající z přírodního uranu: $A$ $\lambda _{S}$ $E_{n}<1{,}0$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu$ $R$

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

V tlakovodních reaktorech tvoří palivové tyče těsnou mřížku ( ). Toto uspořádání palivových tyčí snižuje absorpci tepelných neutronů ve vodě. V úzkých mřížkách mohou štěpné neutrony projít několika palivovými články, než se zpomalí pod prahovou štěpnou energii 238 U. Nejvyšší multiplikační faktor na rychlých neutronech ve VVER . Pro poměr počtu jader vodíku a 238 U se multiplikační faktor na rychlých neutronech vypočítá podle přibližného vzorce: $a\ll \lambda _{S}$ $N_{H}/N_{8}>3$

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

Vypočítejme multiplikační faktor pro rychlé neutrony:

Pro uran-grafitovou mřížku s = 14 cm a průměrem přírodní uranové tyče 3 cm je délka rozptylu v grafitu = 2,5 cm, takže můžeme předpokládat, že . Proto, . $A$ $\lambda _{S}$ $a\gg \lambda _{S}$ $\mu =1+1{,}75\cdot 10^{-2}\cdot 3/2\cca 1{,}026$
Pro VVER s : . $N_{H}/N_{8}\geqslant 5$ $\mu \approx 1+0{,}22\cdot 1/5=1{,}044$

Viz také

Neutronový multiplikační faktor

Literatura

Klimov A. N. Jaderná fyzika a jaderné reaktory. M. Atomizdat , 1971.
Levin VE Jaderná fyzika a jaderné reaktory. 4. vyd. — M.: Atomizdat , 1979.
Petunin V.P. Tepelná energetika jaderných zařízení M.: Atomizdat , 1960.