นิวเคลียร์ฟิชชัน

ฟิชชันคือการแตกของ นิวเคลียส หนักออกเป็น เศษ มวลปานกลางพร้อม นิวตรอน หลายตัวและพลังงานจำนวนมาก พลังงานมาจาก ผลิตภัณฑ์ ที่มี พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน สูงขึ้นและ มวลที่เหลือทั้งหมด ต่ำลง

พลังงานจาก ฟิชชัน

นิวเคลียสหนัก อยู่ด้านที่ B/A ต่ำกว่าบริเวณ Fe/Ni เมื่อแตกเป็น เศษ มวลปานกลาง สุดท้าย B/A เพิ่มและ มวลที่เหลือทั้งหมด ลด จึงมี Q>0

ฟิชชัน ของ U-235 หนึ่งครั้งปล่อยพลังงาน สั่งซื้อ 200 MeV ส่วนใหญ่เป็น พลังงานจลน์ ของ เศษ ตามด้วย นิวตรอนฉับพลัน และ แกมมา

ฟิชชันที่เกิดจากนิวตรอน

U-235 สามารถจับ นิวตรอนความร้อน แล้วสร้าง นิวเคลียสของสารประกอบที่ตื่นเต้น ที่มีโอกาสข้าม ชิ้นส่วนกั้นฟิชชัน ไม่ได้แบ่งเป็นคู่เดียว แต่มี การกระจายสินค้า ของ การแยกมวล

นิวไคลด์ หนักทุกชนิดไม่ได้ ฟิชชัน ด้วย นิวตรอนความร้อน เหมือนกัน U-238 มี การตอบสนอง ที่ขึ้นกับ พลังงานนิวตรอน ต่างจาก U-235

ปฏิกิริยาลูกโซ่ และ การวิพากษ์วิจารณ์

แต่ละ ฟิชชัน ปล่อย นิวตรอน มากกว่าหนึ่งตัวโดยเฉลี่ย ถ้าจำนวน นิวตรอนที่มีประสิทธิภาพ รุ่นถัดไปเทียบรุ่นก่อนเป็น k_เอฟเฟค<1 ระบบ ต่ำกว่าวิกฤต, =1 สำคัญ และ >1 วิกฤตยิ่งยวด

ใน เครื่องปฏิกรณ์ ที่กำลังคงที่ต้องรักษา k_เอฟเฟค ใกล้ 1 โดย เรขาคณิต, การรั่วไหล, การดูดซึม, การกลั่นกรอง และ องค์ประกอบของเชื้อเพลิง ล้วนมีผล

นิวตรอนล่าช้า

นิวตรอนส่วนใหญ่ถูกปล่อยฉับพลัน แต่ เศษส่วน เล็กมาจาก การสลายตัว ของ ผลิตภัณฑ์ฟิชชัน ภายหลัง นิวตรอนล่าช้า ทำให้ จลนพลศาสตร์ของเครื่องปฏิกรณ์ ช้าลงมากพอสำหรับ ระบบควบคุม

แท่งควบคุม ดูด นิวตรอน ส่วน ผู้ดำเนินรายการ ลดพลังงาน นิวตรอน เพื่อเพิ่ม ความน่าจะเป็นแบบฟิชชัน ใน เชื้อเพลิง บางชนิด หน้าที่สองอย่างนี้ไม่เหมือนกัน

ความร้อนสลายตัว และความปลอดภัย

หลังหยุด ปฏิกิริยาลูกโซ่ แล้ว ผลิตภัณฑ์ฟิชชัน ยัง กัมมันตภาพรังสี และปล่อย ความร้อนสลายตัว ต่อ จึงต้องมี ระบายความร้อน แม้ กำลังเครื่องปฏิกรณ์ จาก ห่วงโซ่ฟิชชัน ลดลงมาก

ความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ ต้องแยก กำลังจาก ปฏิกิริยาลูกโซ่ ระยะฉับพลัน, ความร้อนสลายตัว, นิวตรอน/รังสีแกมมา และ การบรรจุ ของ นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี เป็นคนละปัญหาทางฟิสิกส์

ผลิตภัณฑ์ฟิชชันและ เศรษฐกิจนิวตรอน

เศษฟิชชัน มี อัตราส่วนนิวตรอนต่อโปรตอน สูงและมัก เบต้าสลายตัว หลายขั้นไปสู่ นิวเคลียส ที่ มีเสถียรภาพ มากขึ้น จึงเกิด ความร้อนสลายตัว และ แกมมาล่าช้า ต่อหลังการหยุด ปฏิกิริยาลูกโซ่

จำนวน นิวตรอน ที่ใช้ได้ต่อ รุ่น ไม่เท่ากับจำนวนที่ปล่อยทั้งหมด เพราะบางส่วนรั่วออกจากระบบ ถูกดูดโดยวัสดุอื่น หรือทำ ปฏิกิริยา ที่ไม่ก่อ ฟิชชัน นี่คือเหตุผลที่ เรขาคณิต และ องค์ประกอบของวัสดุ มีผลต่อ k_เอฟเฟค

ใน เครื่องปฏิกรณ์ความร้อน หลายแบบ ผู้ดำเนินรายการ ชะลอ นิวตรอน ด้วย กระเจิง โดยควรดูดกลืนน้อย ส่วน สารหล่อเย็น มีหน้าที่ขนความร้อนออก แม้ในบาง การออกแบบ วัสดุเดียวอาจทำมากกว่าหนึ่งบทบาท

แบบฝึกหัด

พลังงานต่อ ฟิชชัน

200 MeV

เฉลย: ≈3.20×10⁻¹¹ J

จำนวน ฟิชชัน ต่อ 1 J

ถ้า 200 MeV ต่อครั้ง

เฉลย: ≈3.1×10¹⁰ ครั้ง

k_เอฟเฟค=0.98

สถานะ

เฉลย: ต่ำกว่าวิกฤต; ประชากรนิวตรอน ลดทีละ รุ่น