O que é o ciclo de vida dos nêutrons – Definição

O ciclo de vida dos nêutrons quantifica os processos físicos de nêutrons mais importantes que ocorrem no  reator nuclear . No reator, os nêutrons são produzidos como nêutrons rápidos e a maioria deles é absorvida após a termização. Existem seis processos (fatores)  que descrevem a capacidade inerente de multiplicação do sistema. Quatro deles são completamente independentes do tamanho e formato do reator e são eles:

• Fissão rápida . O processo de fissão rápida está no fator de multiplicação caracterizado pelo fator de fissão rápida , ε , que aumenta a população rápida de nêutrons em uma geração de nêutrons. O fator de fissão rápida é definido como a razão entre os nêutrons rápidos produzidos pelas fissões em todas as energias e o número de nêutrons rápidos produzidos na fissão térmica.
• Ressonância Escape . A probabilidade de escape de ressonância , simbolizada por p, é a probabilidade de um nêutron ser reduzido à energia térmica e escapar da captura de ressonância . Essa probabilidade é definida como a razão entre o número de nêutrons que atingem as energias térmicas e o número de nêutrons rápidos que começam a desacelerar.
• Utilização Térmica . O fator de utilização térmica , f , é a fração dos nêutrons térmicos que são absorvidos no combustível nuclear , em todos os isótopos do combustível nuclear. Ele descreve com que eficácia (quão bem são utilizados) os nêutrons térmicos são absorvidos no combustível. O valor do fator de utilização térmica é dado pela razão entre o número de nêutrons térmicos absorvidos no combustível (todos os nuclídeos) e o número de nêutrons térmicos absorvidos em todo o material que compõe o núcleo .
• Reprodução . O número de neutrões criadas na nova geração é determinado pelo factor de reprodução de neutrões . O fator de reprodução, η , é definido como a razão entre o número de nêutrons rápidos produzidos pela fissão térmica e o número de nêutrons térmicos absorvidos no combustível.

Esses processos do ciclo de vida dos nêutrons, quantificados por seus fatores, constituem o fator de multiplicação infinito (k _∞ ), que pode ser expresso matematicamente em termos desses fatores, seguindo a equação, geralmente conhecida como fórmula dos quatro fatores :

k _∞  = η.ε.pf

O fator de multiplicação efetivo ( k _eff ) pode ser expresso matematicamente em termos do fator de multiplicação infinito (k _∞ ) e dois fatores adicionais que explicam o vazamento de nêutrons durante a térmicaização de nêutrons ( probabilidade rápida de não vazamento ) e o vazamento de nêutrons durante a difusão de nêutrons ( temperatura térmica). probabilidade de não vazamento ), seguindo a equação, geralmente conhecida como fórmula dos seis fatores :

k _eff = k _∞ . P _f . P _t

• Probabilidade rápida de não vazamento . Durante o processo de desaceleração, alguns dos nêutrons vazam para fora dos limites do núcleo do reator antes de se tornarem termizados . Esse processo e seu impacto no fator de multiplicação efetivo são caracterizados pelo fator rápido de não vazamento , P _f , que é definido como a razão do número de nêutrons rápidos que não vazam do núcleo do reator durante o processo de desaceleração para o número de nêutrons rápidos produzidos por fissões em todas as energias.
• Probabilidade de não vazamento térmico . Durante a difusão de nêutrons , alguns dos nêutrons vazam para fora dos limites do núcleo do reator antes de serem absorvidos. Esse processo e seu impacto no fator de multiplicação efetivo são caracterizados pelo fator térmico de não vazamento , P _t , que é definido como a razão do número de nêutrons térmicos que não vazam do núcleo do reator durante o processo de difusão de nêutrons para o número de nêutrons que atingem as energias térmicas.

Na física do reator , k _eff  é o parâmetro mais significativo em relação ao controle do reator. A qualquer nível de potência específica ou condição do reactor, k _ef  é mantida tão perto para o valor de 1,0 quanto possível. Nesse ponto da operação, o equilíbrio de nêutrons é mantido em exatamente um nêutron, completando o ciclo de vida de cada nêutron original absorvido no combustível.

Ciclo de vida de nêutrons em reatores rápidos

O método de cálculo dos fatores de multiplicação foi desenvolvido nos primeiros anos da energia nuclear e é aplicável apenas a reatores térmicos , onde a maior parte das reações de fissão ocorre em energias térmicas. Esse método coloca bem o contexto em todos os processos associados aos reatores térmicos (por exemplo, a termização de nêutrons, a difusão de nêutrons ou a fissão rápida), porque os processos físico-nêutrons mais importantes ocorrem em regiões de energia que podem ser claramente separadas um do outro . Em resumo, o cálculo do fator de multiplicação fornece uma boa visão dos processos que ocorrem em cada sistema de multiplicação térmica.

Para reatores rápidos , nos quais a fissão é causada por nêutrons com uma distribuição de energia muito ampla, essa análise é inadequada. O fluxo de nêutrons em reatores rápidos deve ser dividido em muitos grupos de energia . Além disso, em reatores rápidos, a termização por nêutrons é um processo indesejável e, portanto, a fórmula de quatro fatores não faz realmente nenhum sentido. A probabilidade de escape de ressonância não é significativa porque existem muito poucos nêutrons em energias em que a absorção de ressonância é significativa. A probabilidade térmica de não vazamento não existe porque o reator é projetado para evitar a termização dos nêutrons.