física del reactor nuclear
La física del reactor nuclear es el campo de la física que estudia y se ocupa del estudio aplicado y las aplicaciones de ingeniería de la reacción en cadena para inducir una tasa controlada de fisión en un reactor nuclear para la producción de energía. [1] La mayoría de los reactores nucleares usan una reacción en cadena para inducir una tasa controlada de fisión nuclear en material fisible, liberando tanto energía como neutrones libres . Un reactor consta de un conjunto de combustible nuclear (un núcleo de reactor ), generalmente rodeado por un moderador de neutrones , como agua normal , agua pesada, grafito o hidruro de circonio , y equipados con mecanismos tales como barras de control que controlan la velocidad de la reacción.
La física de la fisión nuclear tiene varias peculiaridades que afectan el diseño y el comportamiento de los reactores nucleares. Este artículo presenta una visión general de la física de los reactores nucleares y su comportamiento.
En un reactor nuclear, la población de neutrones en cualquier instante es función de la tasa de producción de neutrones (debido a procesos de fisión) y la tasa de pérdidas de neutrones (debido a mecanismos de absorción que no son de fisión y fugas del sistema). Cuando la población de neutrones de un reactor permanece constante de una generación a la siguiente (creando tantos neutrones nuevos como los que se pierden), la reacción en cadena de fisión es autosuficiente y la condición del reactor se denomina "crítica". Cuando la producción de neutrones del reactor supera las pérdidas, caracterizadas por un nivel de potencia creciente, se considera "supercrítico", y cuando dominan las pérdidas, se considera "subcrítico" y muestra una potencia decreciente.
La " fórmula de los seis factores " es la ecuación del equilibrio del ciclo de vida de los neutrones, que incluye seis factores separados, cuyo producto es igual a la relación entre el número de neutrones de cualquier generación y el de la anterior; este parámetro se denomina factor de multiplicación efectivo k, también indicado por K eff , donde k = Є L f ρ L th f η, donde Є = "factor de fisión rápida", L f = "factor rápido de no fuga", ρ = " probabilidad de escape de resonancia ", L th = "factor térmico de no fuga", f= "factor de utilización de combustible térmico", y η = "factor de reproducción". Los factores de esta ecuación están aproximadamente en orden de ocurrencia potencial para un neutrón nacido por fisión durante una operación crítica. Como ya se mencionó antes, k = (neutrones producidos en una generación)/(neutrones producidos en la generación anterior). En otras palabras, cuando el reactor es crítico, k = 1; cuando el reactor es subcrítico, k < 1; y cuando el reactor es supercrítico, k > 1.
La reactividad es una expresión del alejamiento de la criticidad. δk = (k − 1)/k. Cuando el reactor es crítico, δk = 0. Cuando el reactor es subcrítico, δk < 0. Cuando el reactor es supercrítico, δk > 0. La reactividad también se representa con la letra griega minúscula rho ( ρ ). La reactividad se expresa comúnmente en decimales o porcentajes o pcm (por ciento mil) de Δk/k. Cuando la reactividad ρ se expresa en unidades de fracción de neutrones retardados β, la unidad se denomina dólar .
Si escribimos 'N' para el número de neutrones libres en el núcleo de un reactor y para el tiempo de vida promedio de cada neutrón (antes de que escape del núcleo o sea absorbido por un núcleo), entonces el reactor seguirá la ecuación diferencial ( evolución ecuación )
