¿Qué es un reactor térmico o intermedio y cómo se diferencia de otros tipos de reactores nucleares?

Answer 1

Térmica, intermedia y rápida son las energías de neutrones. Como sabes. Los neutrones que salen de la fisión son rápidos. Algo así como el promedio de 2 megaelectronvoltios (MeV). Cuando usa el moderador para ralentizarlos (esto sucede dispersando repetidamente un neutrón de pequeños núcleos a su alrededor, también llamado “dispersión descendente”, en el sentido de la energía), pueden alcanzar la energía en equilibrio térmico con el moderador del reactor . A 20 grados Celsius, esta energía puede ser algo así como 0.025 eV, 8 órdenes de magnitud más baja. La mayoría de los reactores en el mundo (PWR, BWR, PHWR, GCR, etc.) son de este tipo.

Ahora, si comienza este mismo proceso de dispersión descendente con más (o menos) número de núcleos fisionables, entonces puede tener más (o menos) neutrones un poco más rápidos que en un reactor térmico. Esto es lo que es una característica llamada enriquecimiento de combustible. Con el enriquecimiento de combustible, puede cambiar la energía promedio (también conocida como temperatura) de los neutrones en ese reactor. Pero tenga en cuenta que debe usar el moderador para esta dispersión descendente. Creo (corregiré si encuentro que no es así) que tales reactores fueron llamados hace mucho tiempo reactores intermedios, porque la energía promedio de los neutrones en tales reactores puede mantenerse más alta que la térmica. Qué tan alto, no lo sé. Si el promedio está más cerca de los neutrones más lentos en el espectro, entonces son más reactores térmicos. Si el promedio está del otro lado, lo que significa que tiene muy poca moderación, entonces se parecen más a lo que se llama reactores rápidos. Ambos tipos deben haber sido de interés para la investigación de diversos tipos. Pero está claro que hablando en términos de producción de energía, esta no era una mejor idea que el reactor térmico, por lo que el término rara vez se usa en la industria ahora.

Los reactores rápidos tienen neutrones rápidos, esencialmente con moderación cero. La idea principal detrás de esto es tener menos “captura” y más fisión, especialmente en núcleos térmicamente no fisibles pero fértiles (como u238). Estos reactores tienen muchos más neutrones en comparación con los reactores térmicos (digamos que los intermedios están bien para ser considerados un subconjunto de térmicos), porque no se detienen bien (la probabilidad de captura de neutrones es menor que la fisión), ni tampoco ralentizado (sin moderador). Entonces, lo que realmente puede hacer con muchos de estos neutrones sobrantes y rápidos es usarlos para reproducir elementos fértiles. Y así, tienes un reactor reproductor.

Answer 2

Los átomos de uranio en fisión emiten neutrones que varían en energía hasta unos 10 millones de electronvoltios, 10 MeV.

A medida que los neutrones se reducen a energías “térmicas”, digamos por debajo de 0.625 eV, algunos de ellos son absorbidos por U238 formando U239 que se descompone en Pu239.

Los reactores rápidos basados ​​en este ciclo evitan que los neutrones se desaceleren el mayor tiempo posible, esto provoca más absorciones en U238 y genera más Pu239. Esto le permite a uno producir más combustible fisionable del que uno consume (hasta que se nos acabe el U238, del cual tenemos un montón).

Los reactores térmicos tienen un “moderador”. El moderador ralentiza el neutrón lo más rápido posible a las energías térmicas. A energías térmicas, la posibilidad de una absorción en U235 es mucho mayor que una absorción en U238. U235 puede fisión de estas absorciones térmicas. El reactor térmico, entonces, es más fácil de hacer crítico pero no genera tanto Pu.

Un reactor intermedio está en algún punto intermedio con la mayoría de las fisiones que provienen no de neutrones “rápidos” o de neutrones “térmicos”, sino más bien de entre neutrones. El segundo submarino nuclear, el Seawolf, fue impulsado al principio por un reactor intermedio.

Answer 3

Estos términos caracterizan la energía dominante del espectro de neutrones en el reactor, la parte más importante para causar nuevas fisión.

En un reactor térmico, la geometría está dispuesta de manera tal que el reactor puede hacerse crítico para los neutrones térmicos, que son neutrones que tienen energías más cercanas a la temperatura de funcionamiento real del reactor que a los neutrones producidos por fisión primaria.

Para lograr esto, dado que el espectro de neutrones de fisión es mucho más difícil que el térmico, siempre es necesario usar un moderador en un reactor térmico, que ralentiza los neutrones de fisión a energías térmicas por dispersión múltiple. Dichos reactores en realidad se pueden hacer usando uranio natural no enriquecido con la elección correcta de moderador, por lo general se usa agua pesada en tal caso.

El “punto final” del espectro de energía para los neutrones de fisión primaria es mucho más difícil que el térmico, digamos 8-10 MeV.

Los reactores de espectro intermedio tienen una mayor densidad de material fisionable y usan uranio enriquecido. Por lo general, aún requieren moderación para lograr la criticidad con un espectro de neutrones que está más cerca en promedio de energía a los neutrones de fisión pero aún más bajo.

Los reactores de espectro rápido están diseñados para lograr la criticidad de los neutrones rápidos y no están moderados.

En cualquier reactor real, el espectro siempre contendrá un rango de energías; estos términos simplemente caracterizan la energía que es dominante entre los neutrones que producen nuevas fisión.

Se podría decir que aproximadamente 0,5 MeV es energía intermedia en lo que respecta a los neutrones. Tenga en cuenta que esto es menor, pero del mismo orden que, la energía de neutrones de 1 MeV requerida para la fisión U-238.

Dado que las energías térmicas son de 1 eV a 12000 K, y nadie está construyendo reactores con ese tipo de temperatura de funcionamiento por razones obvias, la energía de neutrones característica en un reactor térmico es como máximo del orden de 1 eV. En realidad, los espectros son un poco más duros que los térmicos en los reactores térmicos reales, y 0.1-1 eV es probablemente una estimación bastante razonable del rango de energías que comprendería la mayor parte del espectro de energía de neutrones en un reactor “térmico”, de modo que los neutrones son realmente muy “calientes”, pero los espectros son mucho más suaves que los espectros de los neutrones de fisión producidos por los neutrones térmicos. La sección transversal de dispersión de neutrones en el uranio ya no varía mucho una vez que se han alcanzado energías tan bajas como 1 eV.

No significa que las neutrones enérgicas no causen fisión, solo que la geometría del reactor solo es crítica para los neutrones de energía térmica que tienen secciones transversales de dispersión total mucho más altas en los núcleos fisionables que los neutrones de mayor energía.

Tenga en cuenta que el espectro de neutrones de fisión dependerá de la energía del neutrón incidente. Para los neutrones de energías térmicas que inciden en el U-235, una aproximación bastante buena al espectro de los neutrones de fisión viene dada por una distribución de probabilidad llamada distribución de Watt, empíricamente dada por:

[matemática] N (E) = P (E) \, dE \ sim 0.453 * \ sinh (\ sqrt {2.29 E}) e ^ {- 1.036 E} \, dE [/ math]

con las energías que se miden en MeV.

Esta función se eleva rápidamente de energía cero y alcanza un máximo cercano a 1 MeV; cae rápidamente hacia cero a energías más altas.

Answer 4

“Térmico” significa que ralentiza los neutrones a muy poca energía. Esto es útil porque es mucho menos probable que sean absorbidos por el U-238, lo que significa que el reactor puede usar uranio menos enriquecido.

Los neutrones de energía intermedia tienen la absorción más inútil sin fisión.

Los neutrones rápidos son más potentes en la fisión de núcleos, y las fisiones rápidas liberan más neutrones. Todo esto es bueno, pero los reactores de neutrones rápidos requieren más combustible enriquecido, pueden ser más difíciles de controlar y no pueden enfriarse con agua.