Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 5. 31 januari 1956 - Reaktorfysik, av Gunnar Holte
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
70
, TEKNISK TIDSKRIFT
rum med praktiskt taget alla atomkärnor. I en
reaktor är den utom fissionen den enda
absorptionsprocessen av betydelse.
Ett mått på sannolikheten för en viss reaktion
mellan en neutron och en atomkärna är dennas
tvärsnitt, dvs. dess effektiva träffyta för
neutronen vid processen i fråga. Tvärsnitten har alltså
dimensionen yta, men då dessa ytor är ofantligt
små, brukar man mäta dem i enheten barn som
är lO-24 cm2. Tvärsnitten betecknas o med index
som anger den process det är fråga om, t.ex. <JS för
spridning, <5f för fission, ac för absorption med
/-emission ("radiative capture"), och oa = of-\-oc
för total absorption, om andra
absorptionsprocesser kan försummas.
Oftast är man t.ex. intresserad av att jämföra
den neutronabsorberande förmågan hos lika
volymer av olika ämnen och tvärsnittet oa kan då
ej direkt användas, emedan olika ämnens
atomer är olika tätt packade. Om man emellertid
multiplicerar tvärsnitten med antalet kärnor per
cm3 N (N = Ld/A, där L är Avogadros tal 6,0 •
1023, d är tätheten i g/cm3 och A atomvikten), får
man den totala effektiva träffytan per cm3, som
brukar betecknas 2 och har dimensionen cm-1.
T.ex. 2a änger då sannolikheten för att
neutronen skall absorberas på 1 cm av sin väg, och
inverterade värdet av 2a änger den genomsnittliga
sträcka en neutron rör sig innan den absorberas,
den fria medelväglängden för absorption, som
brukar vara av storleksordningen några cm eller
dm för de flesta fasta och flytande ämnen.
Klassificering av reaktorer
efter neutronhastighet
Tvärsnitten varierar kraftigt såväl från ämne
till ämne som med neutronernas hastighet. I
stället för denna anges vanligen neutronernas
rörelseenergi i enheten elektronvolt, eV (1 eV =
1,6 • 10"19 Ws), eller megaelektronvolt, MeV.
Neutroner med energi över ungefär 0,1 MeV brukar
kallas för snabba neutroner, medan de som har
mellan 1 eV och 0,1 MeV energi är intermediära,
och slutligen de med energi < 1 eV kallas
långsamma.
Till den sista gruppen hör de termiska
neutronerna som genom växelverkan med ett
omgivande mediums kärnor antagit ungefär samma
energi som dessa kärnor har på grund av sin
värmerörelse. De termiska neutronernas energi beror
sålunda av det omgivande mediets temperatur;
vid rumstemperatur är deras energi fördelad
omkring 0,025 eV, svarande mot en
neutronhastighet av 2 200 m/s.
Fissionsneutronerna, dvs. de vid en klyvning
utsända neutronerna, är snabba; deras energi
varierar från ca 0,1 MeV upp till 10 MeV med
tyngdpunkten vid 2 MeV. Vid
fissionsneutronernas diffusion i reaktormediet avtar emellertid
deras hastighet vid varje spridning mot mediets
kärnor. För bedömande av storleken av denna
nedbromsning får man komma ihåg, att
neutronen har en massa ungefär lika med den lättaste
atomkärnans, vätekärnans, medan de tyngsta
atomkärnorna har mer än 200 gånger så stora
massor. Enligt kända mekaniska lagar kommer
då en elastisk stöt med de tyngsta kärnorna
knappast att förändra neutronhastigheten; blott
vid elastiska stötar med de lättaste kärnorna
sker en avsevärd nedbromsning.
Detta förhållande är av betydelse därför att alla
klyvbara kärnors fissionstvärsnitt ökar med
minskande neutronenergi och är störst för
termiska neutroner, varför man i de flesta nu
existerande reaktorer har eftersträvat att få
neutronerna kraftigt nedbromsade. Detta kan
emellertid ej åstadkommas av de tunga kärnorna i
reaktorbränslet. Detta uppblandas därför med
en moderator, bestående av lätta kärnor med
uppgift att bromsa ned neutronerna innan de
absorberas (fig. 1).
En reaktor, där neutronerna nedbromsas ända
till termisk energinivå, så att fissionerna
huvudsakligen orsakas av termiska neutroner, kallas
en termisk reaktor. Analogt kallas en reaktor,
där de flesta fissionerna orsakas av intermediära
neutroner, för en intermediär reaktor. En dylik
innehåller i likhet med en termisk reaktor
moderatorsubstans, men till proportionellt mindre
del, så att neutronernas nedbromsning ej blir
lika fullständig. En snabb reaktor slutligen är
en reaktor där fissionerna orsakas av snabba
neutroner och en sådan reaktor saknar därför
moderator.
Reaktorbränslen
Det enda i naturen förekommande
reaktorbränslet är uran. Emellertid innehåller naturligt
uran blott 0,7 % uran 235, som är klyvbart med
alla neutroner, särskilt lätt med termiska, och
därför i första hand kan tjänstgöra som bränsle.
Det till 99,3 % ingående uran 238 kan blott
klyvas av neutroner med en energi större än ca
1 MeV. Sannolikheten för fission är dock
avsevärt mindre än sannolikheten för oelastisk
spridning, vid vilken neutronenergin oftast
sjunker under gränsen 1 MeV, och därför kan ej 238U
få större betydelse som reaktorbränsle.
Det har emellertid betydelse som grundmaterial
för framställning av nytt reaktorbränsle. Uran
238 övergår nämligen efter absorption av en
neutron så småningom till en liksom 235U lätt
klyvbar kärna 239Pu av ett nytt grundämne,
plutonium. En dylik nyproduktion av klyvbart
material sker automatiskt i reaktorer där uran ingår
(fig. 1).
Ytterligare en kärna har på senare år fått mer
och mer ökat intresse som reaktorbränsle. Det
är också en urankärna, lättare än 235U, nämligen
233U, som i likhet med 239Pu ej förekommer i na-
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
