Was ist der Hauptunterschied zwischen einem thermischen und einem schnellen Kernreaktor?


Antwort 1:

"Thermisch" oder "Schnell" bezieht sich auf das Energiespektrum des Neutronenflusses.

So wie ein von einem Prisma erzeugtes Lichtspektrum zeigt, wo viel Licht ist und wo wenig, so auch bei einem Neutronenspektrum. Sie können integrieren, um die "wahrscheinlichste" Energie für ein Spektrum zu finden.

"Schnelle" Spektren sind solche, bei denen die durchschnittliche Neutronenenergie über 400 k eV liegt. "Thermisch" sind solche, bei denen die durchschnittliche Neutronenenergie unter 1 eV liegt. Wenn die Energie zwischen diesen beiden liegt, wird das Spektrum als "epithermal" bezeichnet.

Aufgrund der Physik der Kernspaltung spaltet ein schnelles Neutron mehr spaltbares Material als nur das spaltbare Material, das von einem thermischen Neutron gespalten werden kann. Dies wird in den Berechnungen als "Faktor der schnellen Spaltung" berücksichtigt. Eine andere Sache, die bei einer schnellen Spaltung auftritt, ist, dass mehr Neutronen aus der Spaltung freigesetzt werden. Diese beiden Beiträge zum Neutronenfluss bedeuten, dass ein schneller Reaktor genügend zusätzliche Neutronen haben kann, um fruchtbares Material zu spaltbarem Material zu „züchten“, wohingegen nur der Thorium-Brennstoffkreislauf in thermischen Kernen züchten kann.


Antwort 2:

Zunächst ein paar Fakten.

In der Spaltung freigesetzte Neutronen haben eine Energieverteilung, die bis zu etwa 10 MeV reicht.

U238 ist relativ schwer zu spalten - es hat einen ziemlich hohen Querschnitt, um ein Neutron zu absorbieren, wenn diese Neutronen höhere Energien haben. Kurzfristig ist dies eine parasitäre Absorption. Langfristig produziert diese Absorption Pu239.

Die Anzahl der pro Spaltereignis erzeugten Neutronen ist höher, wenn die Spaltung durch ein einfallendes Neutron höherer Energie verursacht wird.

Thermische Reaktoren verlangsamen Neutronen so schnell wie möglich, so dass weniger Neutronen an U238 verloren gehen - die Neutronen werden schnell auf Energien verlangsamt, bei denen sie den U238-Absorptionsquerschnitt in den Schatten stellen. Sie tun dies, indem sie einen Moderator in das Design einbeziehen, eine Substanz mit einem leichten Kern, die bei einer Kollision viel Energie von einem Neutron absorbieren kann (Wasser, schweres Wasser, Graphit sind die drei Substanzen, die normalerweise zur Moderation verwendet werden).

Schnelle Reaktoren verfolgen genau die umgekehrte Strategie: Sie versuchen, die Neutronen so lange wie möglich auf hohen Energien zu halten. Auf diese Weise erhöhen sie die schnellen Spaltungen, von denen einige in dem Bereich liegen, in dem mehr Neutronen pro Spaltung erzeugt werden. Diese zusätzlichen Neutronen gehen bei der Absorption in U238 verloren und erzeugen mehr Pu239. Es gibt genug zusätzliche Neutronen, um genug Pu239 zu erzeugen, um die nächste Region mit Kraftstoff zu versorgen.


Antwort 3:

Zunächst ein paar Fakten.

In der Spaltung freigesetzte Neutronen haben eine Energieverteilung, die bis zu etwa 10 MeV reicht.

U238 ist relativ schwer zu spalten - es hat einen ziemlich hohen Querschnitt, um ein Neutron zu absorbieren, wenn diese Neutronen höhere Energien haben. Kurzfristig ist dies eine parasitäre Absorption. Langfristig produziert diese Absorption Pu239.

Die Anzahl der pro Spaltereignis erzeugten Neutronen ist höher, wenn die Spaltung durch ein einfallendes Neutron höherer Energie verursacht wird.

Thermische Reaktoren verlangsamen Neutronen so schnell wie möglich, so dass weniger Neutronen an U238 verloren gehen - die Neutronen werden schnell auf Energien verlangsamt, bei denen sie den U238-Absorptionsquerschnitt in den Schatten stellen. Sie tun dies, indem sie einen Moderator in das Design einbeziehen, eine Substanz mit einem leichten Kern, die bei einer Kollision viel Energie von einem Neutron absorbieren kann (Wasser, schweres Wasser, Graphit sind die drei Substanzen, die normalerweise zur Moderation verwendet werden).

Schnelle Reaktoren verfolgen genau die umgekehrte Strategie: Sie versuchen, die Neutronen so lange wie möglich auf hohen Energien zu halten. Auf diese Weise erhöhen sie die schnellen Spaltungen, von denen einige in dem Bereich liegen, in dem mehr Neutronen pro Spaltung erzeugt werden. Diese zusätzlichen Neutronen gehen bei der Absorption in U238 verloren und erzeugen mehr Pu239. Es gibt genug zusätzliche Neutronen, um genug Pu239 zu erzeugen, um die nächste Region mit Kraftstoff zu versorgen.