Bu makale, atomik reaktör fiziği ve radyasyon kalkanının kalbinde yatıyor. Bu etkileşimleri yöneten anahtar parametre, bir tür nüklemin bir olayla ilgili belirli bir reaksiyona sahip olması, nötron kesitlerinin farklı malzemelerde nasıl davrandığını anlamak için gereklidir, özellikle de moderatorların termal enerjilere hızlı nötronlar nasıl kullandığını araştırmak. moderator materyalinin seçimi doğrudan reaktör verimliliğini, güvenliği ve nötron ekonomisini ölçmektedir.

Bir Neutron Cross-Section nedir?

Tanım ve Fiziksel Anlam

Bir nötron kesiti, bir atomun bir atoma hediye ettiği etkili hedef alanının bir ölçüsüdür ve bir nötronun bir malzemeden geçtiğinde ifade edilir (1 barn = 10[D:0) -24)))) Uygulamada, iki tür çapraz bölümler kullanılır - saç-kesinme, akrepler veya bir parçaya geçer.

Neutron Interactions Türleri

Neutrons, kendi kesit profili ile karakterize edilen her biri ile nükle etkileşime girer. En önemli kategoriler şunlardır:

  • [FONT:0]Elastic saç telleri (n,n): ), nötron[Dönetici enerjileri paylaşıyorken, toplam kinetik enerjiyi paylaşıyor. Bu işlem, moderlerdeki yavaşlama nötronları birincil anlamına geliyor.
  • [FONT:0]Inelastic saç teli (n,n”): [Dönetici: 0:0) Bu etkileşim daha sonra bir kumar ışını olarak yayılan enerjiyi kaybeder. Bu etkileşim ağır çekirdekler ve hızlı nötronlar için daha önemli.
  • [FONT:0]Radiative yakalama (n, ⁇ ): ), nötron, kumar radyasyonu olarak bağlayıcı enerjiyi piyasaya çıkarır.
  • [FONT:0]Fission (n,f): Parçacık, iki hafif çekirdeklere bölünerek, enerji ve ek nötronlar salıvermeyi teşvik eder. Bu, nükleer yakıtlarda temel reaksiyondur.

Toplam kesit ( ⁇ )[Dönemli) tüm kısmi kesitlerin toplamıdır ve herhangi bir etkileşim olasılığını temsil eder. moderators için, saçılma oranı kesiti kritik bir değerdir.

Enerji Cross-Sectionss'ın Bağımlılığı

Neutron3.3 kesitler olay nötron enerjisine şiddetle bağlıdır, moder performansını değerlendiren nötron spektrumunu dikkate almak için gerekli hale getirir. Düşük enerjilerde (termal bölge, ~0.025 eV), absorpsiyon kesitleri genellikle 1/v yasasına bağlıdır, çünkü epitermal ve hızlı bölgelerde (1 eV to ~ 10 MeV), çapraz kontroller rezonanslar - bu tür bir bileşik oluşumun neden olduğu yüksek çözünürlükte.

Nükleer Reaktörlerdeki Moderatörlerin Rolü

Slowtron Neutleri Neden İhtiyaç Duyuyor

U-235'deki fission reaksiyonları hızlı, oda sıcaklığında yaklaşık 2 MeV enerjileri ile, U-235'in bu yüksek enerjileri arasında daha fazla fissionin azaltılması olasılığı nispeten düşük. Ancak, nötronlar enerji kaybediyor ve yaklaşık olarak 1 barn'a kıyasla, hızlı bir şekilde ısıtıcı bir şekilde sert bir reaksiyona sahip olan bir ısıtıcı ısıtıcı ısıtıcısı için daha yüksek bir ısıtıcı ısıtıcısı gerekir.

Moderasyon Fiziği

Neutron modurasyon, çarpışma başına en verimli moderatora sahiptir. Ortalama logaritik enerji decrement ( ⁇ ) yavaşlama gücüne sahip olduğu zaman en büyük ölçümdür.

Etkili bir Moderatörünün Anahtar Özellikleri

  • [FONT:0) Yüksek kesitli kesit: Sık sık nötronlarla etkileşim sağlamak, hızlı termallaştırmaya yol açan.
  • [FONT=0) Düşük absorpsiyon kesiti: [DDDÜT:1] Atom kaybını en aza indirmek ve yüksek bir nötron ekonomisini korumak için.
  • [0]Large enerji kaybı çarpışma başına: Düşük bir atom kütlesi ile bir araya getirildi, daha az çarpışmaya izin vermek için termal enerji elde etmek için izin verdi.
  • [FONT:0) Yüksek modlama oranı:[Dönetici:[Dönetici:0) Yavaşlama gücü ve absorpsiyon kesitinin aksine, moderatör kalitesi kapsamlı bir ölçü sağlar.
  • [FONT:0)Physical ve kimyasal istikrar: Malzeme yüksek sıcaklıklara, radyasyon hasarına dayanmalıdır ve reaktörün yaşam boyu bütünlüğü sağlamalıdır.

Common Moderator Malzemeler ve Cross-Section Profilleri

Nükleer güç reaktörlerinde moderator olarak dört malzeme yaygın olarak kullanılmıştır: ışık suyu (H2O), ağır su (D2O), grafik (karbon), ve beryllium. Her biri doğrudan farklı reaktör sistemleri için uygunluğunu etkileyen saç ve absorpsiyon kesitlerinin eşsiz bir kombinasyonunu sergiliyor.

Işık Su (H2O)

Işık suyu, düşük enerjili nötronlar için yüksek elastik bir kesite sahiptir: Hidrojenin kesiti yaklaşık 20 barns ısıtılırken, ısıtılır.

Ağır Su (D2O)

Ağır suuteri, hidrojen için deuteryum (2H) kullanıyor, ancak ağır su miktarı 12 bindiriyor, negable nötron kaybı ile olağanüstü bir moder yapıyor.Bu düşük absorpsiyon, CANDU (CANada Deuterium Uranium) tasarımının doğal uranyumu (yaklaşık 16 barn) kullanımı için daha yüksek bir ısıtılması için reaktöre izin veriyor.

Graphite (Carbon)

Karbon-12’den oluşan Graphite, sadece 0.0035 barns’in parçalanmasının bir parçası olduğunu ve bu yüzden daha yüksek bir nötronla ısıtılması gerekir.

Beryllium

Beryllium (9Be) daha az yaygın bir moderatördür, öncelikle araştırma reaktörlerinde ve 9'un atomik kütleli atomik ölçümleri nedeniyle yüksek bir modda kullanılabilir. Beryllium, 6 barn ve bir termal absorpsiyon kesiti ile ilgili bir miktar yüksek çözünürlükte, yüksek bir nötronlu sistemlerde iki tane de yüksek çözünürlükte kullanılabilir.

Neutron Cross-Sections Across Moderators

Bu moderatörlerin etkinliğini sayısal olarak karşılaştırmak için aşağıdaki tablo, standart kesit kütüphanelerinden elde edilen ısıtılmış ısıtılır (0.0253 eV)

  • [FONT:0]Hydrogen (H2O): ⁇ )) ⁇ 20 barn (bound atom), ⁇ ⁇ 0.33 barn, atomik kütle = 1.0, ⁇ = 1000. Modeating oranı ⁇ 70.
  • [FONT:0)Deuterium (D2O): ) ⁇ )) ⁇ 16 barns, ⁇ [FLT: 4 )
  • [FONT:0)Carbon (grafi): [Dönem: 1] [Dönem:2] [Düzücüler[Döneticiler, ⁇ 4[DÜye Olmayanlar, ⁇ [DÜyeler)[DÜyeler, ⁇ 0.003,00. Modeating oranı ⁇ 200.
  • [FONT:0]Beryllium:[DÜDÜT:2) ⁇ [DÜDÜ: 3 ) ⁇ 6.0 barn, ⁇ [DÜye ait ⁇ 0.009 barn, atomik kütle = 9.0, ⁇ 0.207. Modeating oranı ⁇ 150.

Sudaki hidrojen için sınır ötesi kesitin, en düşük absorpsiyonel bağlantıdan kaynaklanan ücretsiz atom değerinden daha yüksek olduğunu unutmayın.Bu geliştirme, yüksek absorpsiyona rağmen, yüksek soğutma ve güvenlik sistemlerindeki pratik avantajlar nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır.

Reaktör Tasarımı ve Neutronics için Implikasyonlar

Moderator Selection ve Core Build

Yüksek absorpsiyonel hidrojenin kesiti, yakıtın nötron kayıpları için zenginleştirilmesi gerektiği anlamına gelir.Anayasa, su ile çevrili olan heterojen bir yakıt çubuklarının belirlenmesi, her iki modlayıcı ve serinleyici olarak darp edilmesi gereken yüksek çözünürlükte, hidrojen modlarının yüksek oranda verimli olması anlamına gelir.

Daro su reaktörleri CANDU gibi, düşük su ısıtıcısının düşük absoryonu doğal uranyumun kullanımını sağlar.Bu ayrılık daha büyük ve moderatörün serin ısı geçişi için daha yüksek sıcaklıkla ayrılmış durumda.Görüntüler basınç tüpleri yüksek ısı geçişi için yüksek ısı geçişi için yüksek ısı transferleri ile dolu yüksek ısı geçişi için basınç tüpleri kullanır.

Grafikte kullanılan reaktörler, RBMK ve Magnox gibi, grafikte daha düşük zenginleştirici veya Magnox durumundaki doğal uranyumla birlikte grafiksel olarak da yüksek ısıtılabilir.

Cross-Section Hassasiyet ve Kaza Analizi

Doğru kesit verileri, geçici davranışı ve kaza senaryolarını modellemek için gereklidir. Örneğin, bir PWR'de bir kayıp-of-coolant kaza (LOCA) bir PWR'de, serin/moder yoğunluğu hızla azalır, nötron modu ve absorpsiyon özelliklerini değiştirir, su azaltımı sağlar, böylece elektrik yoğunluğundaki patlamaları azaltır ve betonun yüzeysel değişiklikleri etkilerden dolayı tekrarlanabilir veya azaltılabilir.

Ağır su reaktörleri için, tritium'un nötron yakalaması ile trityum üretimi (2H(n, ⁇ )3H) önemli bir faktördür. Bu reaksiyon için kesit, uzun bir işlemden önce önemli olsa da, tritium'un inşa edilmesine yol açan ve serin bir şekilde önemlidir.[değiştir | kaynağı değiştirilen ve düşük çözünürlükte bir radyoaktif izotoplama işlemidir.

Gelişmiş ve Gelişen Moderatör Kavramları

Metal Hydrides ve Roman Malzemeler

Klasik moderatörlerin ötesinde, araştırma, zirconium hipnozu hipdride (ZrH2) ve titanyum hipnozu (TiH2) gibi metal hipnoz kesitleri üzerinde devam ediyor, ancak yüksek sıcaklıklarda yüksek ısı iletkenliği ve stabilitesi (suyutlamalar) yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek sıcaklıklarda yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan hidrojenin yüksek çözünürlükte olduğu gibi, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan hidrojenin yüksek çözünürlükte olduğu için, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunuyor.

Sıvı Metal ve Molten Salt Moderatörler

Bazı gelişmiş reaktör konseptlerinde, moderatör hem yakıt taşıyıcısı hem de moderatörlü, hem de termal nötronlar gibi yeni malzemelerden ayrıdır (örneğin, FLiBe, lityum fluoride ve beryllium fluoride) bu tuzlar için kesitsel veriler yüksek bir absorpsiyon kesiti ile incelenebilir, böylece IV-Spektif amplifikasyonu en aza indirmek için kullanılmalıdır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Parçacık kesiti, reaktör fiziğindeki rolünün nasıl etkili bir şekilde azaltılabileceğini belirleyen temel bir parametredir. Işık suyu, yüksek enerji verimliliğine ve grafiklere ihtiyaç duyan yüksek enerjili sistemlere karşı daha yüksek enerji verimliliği sağlar.