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¿Cómo controlar el trabajo de barras?

Entiendo que la idea básica de la fisión nuclear: poner un montón de material fisionable juntos y dejar que los neutrones de la mosca. Un átomo se obtiene de dividir, patear unos cuantos más neutrones, que se separó de otros átomos, que la liberación de más neutrones, y entonces usted tiene una reacción en cadena.

Los reactores nucleares también tienen barras de control, que se pegue en el combustible para absorber neutrones, para frenar la reacción de abajo, o retirarse a la velocidad de la reacción. Pero esa es la parte que nunca tuvo sentido para mí.

Si los neutrones de viaje desde el núcleo de un átomo en el núcleo de cerca de un átomo de dividir y perpetuar la reacción en cadena, no se que tienen lugar en el propio combustible, en una escala atómica? ¿Cómo se puede insertar un objeto macroscópico cercanos afectan a este proceso de alguna manera? Por el momento el neutrón se sale del combustible hasta el punto de que puede golpear la barra de control, y ser absorbida por ello, no es de los de combustible por ese punto y no va a provocar más reacciones en cadena de todos modos? Entonces, ¿qué hacen las barras de control realmente que afecta a la velocidad de la reacción?

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jb. Puntos 352

Breve resumen

De hecho, en el típico reactor de neutrones tiene que viajar mucho antes de que se inicia el próximo fisión, si durante estos viajes se encuentra la barra de control, es "perdido" y la reacción en cadena se ralentiza.

De neutrones se necesita para viajar, porque necesita perder energía (o en otras palabras lento hacia abajo), esto es debido a que los modernos reactores están diseñados de tal manera que los neutrones rápidos wouldnt ser suficiente para mantener la reacción en cadena de saber por qué leer el resto!). Esta es una decisión de diseño, podría tener un reactor de trabajo en los neutrones rápidos -- no sería controlable por las barras de control!

Para responder a la mayoría de crucial OP pregunta:

P: Si los neutrones de viaje desde el núcleo de un átomo en el núcleo de cerca de un átomo de dividir y perpetuar la reacción en cadena, no se que tienen lugar en el propio combustible, en una escala atómica?

A: realmente No debido al hecho de que usted necesita para frenar los neutrones, los neutrones de viaje macroscópica caminos, y durante estos viajes se pueden perder el control de la varilla.

Introducción

En el típico modernos reactores experimentales pueden ser diferentes) de fisión por neutrones térmicos (térmica significa que estos neutrones se encuentran en equilibrio térmico con el reactor --- que tienen la misma velocidad de distribución, ya que debe tener en la temperatura de trabajo del reactor --- neutrones producidos por la fisión tienen mucha mayor velocidad). Usted puede tener reactor que funciona en "fast" (no térmica) neutrones, pero estos son experimentales y mucho más difícil de controlar.

No todas las interacciones entre el neutrón y el uranio nucleous resultará en la fisión, además de la probabilidad de fisión depende de la energía neutrónica. Básicamente, el bajo el neutrón de energía es la más probable a la fisión. Consulte esta tabla (de wikipedia):

Fission crossection

Moderno típico de los reactores

Los neutrones producidos en la fisión tienen una alta energía cinética, por lo que antes de neutrones inicia una fisión se debe perder la mayor parte de la energía, por lo que es gratis camino es bastante largo (camino libre medio es la longitud de camino promedio de neutrones viajes antes de iniciar el siguiente fisión). Debido a que es improbable que los neutrones se iniciará la fisión justo después de que se produjo, porque todavía tiene mucho de la energía. Las barras de Control tienen un montón de ocasiones para la captura de neutrones.

Para frenar los neutrones necesitará a chocar con algo (como el átomo de hidrógeno, el átomo de uranio y así sucesivamente). Sin embargo resulta que cuando los neutrones chocan con los átomos pesados tienden a no perder la energía, que acaba de cambiar de dirección (esto es solo lo básico de la mecánica no es algo relacionadas con la energía nuclear).

El moderador es un material diseñado de manera eficiente frenar los neutrones --- este es un material que tiene una gran cantidad de átomos de luz (agua, grafito, helio). Las barras de Control se desplazan moderador, por lo que los neutrones tienen una menor probabilidad de perder la energía suficiente para iniciar la fisión antes de que se escape del reactor.

Usted tiene la reacción en cadena si cada fisión produce exactamente 1.0000 neutrones que inicia el próximo fisión. Para "apagar" la reacción en cadena no es necesario cambiar este valor para 0.0000, ni siquiera a 0.9000. En realidad si cambia el valor de 0,99 vas a parar la reacción muy rápida (no he podido encontrar cifras precisas así que esto podría ser un poco). Esto es debido al hecho de que el promedio de tiempo entre cada consecutivos de fisión en cadena es baja. Esto significa que las barras de control no es necesario alterar drásticamente la probabilidad de la siguiente fisión, solo un poco es suficiente, incluso algunos neutrones no la salida de combustible de la cápsula, usted necesita para absorber sólo una pequeña fracción a disminuir (o matar reacción en cadena).

Lo que las barras de control son para

Última cosa: las barras de control están diseñados para controlar el reactor y mantenerlo en estado estacionario (que es una auténtica reacción en cadena). Si necesita apagar el reactor (debido a la de algunos de emergencia) otros medios a veces se emplean --- pero estos detalles específicos de estos varían. Por ejemplo, en algunos de los reactores puede introducir el "veneno" que es un material que absorbe los neutrones manera más rápida de uranio, pero no de fisión, y así se muere de hambre la reacción en cadena.

Los reactores de neutrones rápidos

OP preguntó ¿cómo funciona la bomba atómica trabajo si no hay moderador allí. La respuesta es que usted puede tener la bomba atómica y el reactor atómico sin moderador. Ambos pueden tener cría factor igual o mayor que uno utilizando los neutrones rápidos. La fisión crossection (la probabilidad de que neutrón se inicia la fisión) es menor para los neutrones rápidos pero es suficiente para que ambos tienen y reacción en cadena de reacción en cascada.

Los modernos reactores están diseñados de esta manera que no trabajo en neutrones rápidos --- que es: la geometría es diseñado de tal manera que para obtener la cría factor igual a 1.0000 necesita neutrones térmicos.

Es muy fácil crear la bomba atómica --- usted sólo tiene que acumular una gran cantidad de material en el mismo lugar y se va a soplar.

La obtención de la reacción en cadena de neutrones rápidos es mucho más difícil --- sobre todo debido a que la velocidad de reacción. Los neutrones rápidos tomar un montón de tiempo que perder energía, así que usted tiene un tiempo adicional para ralentizar la velocidad de la reacción. Si utiliza neutrones rápidos usted no tiene este tiempo adicional para cada paso de la reacción en cadena es-en orden de magnitudes! -- más rápido. En este caso las barras de control no son lo suficientemente rápido y no paraba de reacción en cascada.

La gente intenta crear los reactores de neutrones rápidos, que utilizan mucho más rápido de control de medios. Uno de los diseño sistemas accionados por acelerador. En este sistema de cría factor de diseño es menor de 1.0, como 0.995 (una vez más: estos números se puede estar equivocado, pero la idea detrás de ellos es sólido) y adicional de 0,05 trata de un acelerador (o cualquier otra fuente de neutrones) que inyecta a los neutrones en el reactor de la cámara. Resulta que usted puede controlar el acelerador de intensidad lo suficientemente rápido para soportar la reacción en cadena. Este tipo de reactores son "calientes tema de investigación en el campo (por ejemplo, porque se puede trabajar en "quemado" combustible nuclear).

9voto

Suponga que tiene una fisión de un átomo de $U^{235}$, y que nos fijamos en uno de los neutrones producidos.

Aunque el neutrón en sí es sub-atómica, el "tamaño" de los espacios necesarios para la fisión neutrón lento hacia abajo a través de colisiones con el moderador átomos, evitar la captura por parte de las barras de control de reactores o estructura, encontrar otro átomo de $U^{235}$, chocan con ese núcleo, y de inducir a otro de fisión, se mide en centímetros o incluso metros, en lugar de nanómetros. Si el reactor es demasiado pequeño, los neutrones se corre el riesgo de dejar el reactor completamente.

Simplemente, las barras de control no son "macroscópico" en un mundo atómico; son el mismo tipo de escala como el espacio cubierto por la central nuclear de eventos que controlan.

3voto

Alan Rominger Puntos 13921

Esta es una pregunta muy interesante:

Por el momento el neutrón se sale del combustible hasta el punto de que puede golpear la barra de control, y ser absorbida por ello, no es de los de combustible por ese punto y no va a provocar más reacciones en cadena de todos modos?

Refleja una intuición natural sobre el papel del combustible y el refrigerante, lo cual simplemente no es cómo funciona. Los neutrones en un reactor nuclear son esencialmente una forma de radiación. Usted probablemente tiene un sentido de que la radiación pasa a través de la materia. Exactamente cuánto depende del tipo, pero los neutrones pueden viajar sobre todo a los de lejos (entre aquellos con masa de al menos) ya que está descargada.

Como los neutrones son sin carga, que sólo interactúan a través de las fuerzas nucleares, no el entorno eléctrico que impregna de electrones de los orbitales. Usted puede saber de la analogía de un mármol en medio de un estadio de fútbol para representar el tamaño relativo del núcleo frente a un átomo. Esto nos da cierta intuición de cuánto tiempo va a tomar para que algún arbitraria de neutrones para ser capturado. En el átomo en sí es todavía muy pequeño, pero que, sin embargo, usted tendría que viajar una cuestión de milímetros de "éxito" de un núcleo en el más simple sentido. En el mundo real, la sección transversal efectiva (área) que un núcleo presenta a un viaje de neutrones es dictado por la mecánica cuántica efectos, por lo que un neutrón puede parcialmente volar "a través" de algunos núcleos y, además, "arrebatado" por algunos sin golpear. Pero el orden de magnitud todavía nos pone en el derecho de vecindad. Los neutrones viajar distancias macroscópicas porque ellos deben golpear una de los escasos núcleos.

Los neutrones rápidos viajar mucho más lejos, y esto tiende a estar en el orden de un pie en un reactor, que es de 14 pies de altura. Pero yo no espero que este a convencer a usted todavía. Las barras de control para entrar en la parte superior (en la mayoría de los diseños) y esto afecta a la velocidad de la reacción de todo el camino hasta la parte inferior del reactor. En el extremo, las barras de control, entrando en el top puede apagar todo el reactor, pero seguramente no todo el combustible dentro de 1 pie o incluso un par de pies de las varillas. Eso es debido a que la difusión tiene un papel.

Se puede imaginar un evento de fisión en la parte inferior del reactor, y un neutrón viaja hacia arriba 1 pie. Se pone ralentizado y luego se absorbe allí. Que la absorción crea otro evento de fisión, y este libera un neutrón directamente hacia arriba. Repite 14 veces y está en la parte superior del reactor. Puede repetir este 14 más veces hacia abajo y verás que se fisiona en la parte inferior influye en la tasa de fisiones en la parte superior y viceversa. Obviamente, el efecto es atenuada debido a la gran probabilidad de que este tipo de secuencia de eventos. Pero como el combustible nuclear de la asamblea, su vida es todo acerca de dar y recibir neutrones. Si a sus vecinos constantemente ejecutar un déficit comercial más allá de su criticidad punto, la reacción se detendrá en el futuro para todos ustedes.

En la práctica, para lo suficientemente largo plazos, es decir, el total del reactor factor de multiplicación es siempre 1.0 tan larga como su funcionamiento. Que se lleva a cabo de forma natural por los comentarios de los factores. Lo que es más importante, no es una potencia factor de realimentación. Se ejecuta en más lugares de poder de arrastre sobre el factor de multiplicación. Debido a que, al insertar las barras de control, que en realidad reducir el poder. Barras de Control para cambiar la forma del flujo de neutrones y también disminuir en general. Es obvio que va a deprimir el flujo a la derecha al lado de donde se inserta, sino que también reduce la potencia en todas las regiones en menor cantidad.

1voto

Martin Preusse Puntos 130

En realidad, olvida el importante deber del agua entre las barras. Los neutrones producidos por una reacción de fisión tendrá una energía muy alta. Sin embargo, si usted lo desea sido capaz de producir una otra reacción de fisión de manera eficiente la temperatura de los reactores de neutrones, es necesario "frenar". Y esta es la razón por la que tienen agua. Así que el neutrón ir primero a través del agua, lento hacia abajo y, a continuación, se va a producir una reacción.

Así que ahora usted puede entender cómo las barras de control se pueden trabajar : absorben los neutrones que se encuentran en el agua.

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PhE Puntos 380

El siguiente átomo que se divide en una reacción en cadena no importa de donde el neutrón que se dividen de la que proviene, o lo que el camino que tomó para llegar allí. Podría haber sido emitida por un átomo de al lado de la puerta y tomar el camino más corto posible, o podría haber sido emitida por un átomo de camino al otro lado del reactor y tenía muy buena suerte con la ruta de vuelo, o podría haber sido emitida a partir de una muestra aleatoria átomo de hidrógeno en el reactor, volado fuera del reactor completamente, rebotó en algún azar núcleo de apoyo de la viga, en algún lugar del edificio, y luego voló de nuevo en el reactor de nuevo. O un sinnúmero de otras posibilidades.

No todos los caminos son igualmente probables, pero todo podría suceder.

La inserción de barras de control en el reactor sustituye a una gran cantidad de átomos de aire (o agua, o cualquier otra cosa que le pasó a estar llenando el espacio) con los átomos de la barra de control de material dentro de un cierto volumen que se cruza con las probables rutas de vuelo de alguna fracción de neutrones a través del reactor. Que cambia el tipo de obstáculos (en la forma de tipos específicos de nucleii) que los neutrones se podría ejecutar en, ser absorbido, o rebotar de su viaje. Que a su vez altera las propiedades estadísticas de los grandes grupos de neutrones que caminos tomar de ellos a través del volumen de la varilla de control (número total, la velocidad de distribución / de la temperatura, y de la dirección de distribución), que controla qué partes del reactor se exponen a cuántos neutrones de particular energías, y, por lo tanto, la reacción en cadena de la que procede en gran escala.

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