中性子経済

中性子経済性は、余剰中性子生成量を核分裂率で割った比率として定義されます。^{[1] [2]}これらの数値は、主に中性子のエネルギーに基づいた 加重平均です。

核分裂は、原子核が分裂するプロセスです。このプロセスで放出されるさまざまな粒子の中には、中性子スペクトル全体に広がるエネルギーを持つ高エネルギー中性子があります。これらの中性子は他の原子核の核分裂を引き起こし、連鎖反応を引き起こす可能性があります。ただし、中性子はエネルギーに基づいた特定の条件下でのみ別の核分裂を引き起こすことができます。高エネルギー、つまり「相対論的」中性子は、核分裂を引き起こさずに他の原子核を通り抜けることがよくあります。中性子が捕捉される可能性は、そのエネルギーが標的の原子核のエネルギーとほぼ同じであるときに大幅に増加します。これは「熱中性子」として知られています。原子炉で連鎖反応を維持するために、中性子を減速させる中性子減速器が使用されます。この減速材は、エネルギー抽出にも使用される冷却材として使用されることが多く、最も一般的な減速材は水です。中性子は、原子炉内の燃料やその他の物質との弾性衝突や非弾性衝突によっても減速します。

核分裂炉は臨界維持の考え方に基づいており、臨界ではすべての核分裂イベントが別の核分裂イベントにつながり、それ以上でもそれ以下でもありません。ウランの核分裂では2つまたは3つの中性子が放出されるため、全体のプロセスの一環として中性子の一部を除去する必要があります。一部は純粋に形状により失われ、たとえば燃料塊の外縁から外側に向かって放出された中性子には核分裂を引き起こす機会がありません。その他は塊内のさまざまなプロセスを通じて吸収され、さらに一部は適切な全体的バランスを維持するために制御棒または類似の装置によって意図的に吸収されます。^[3]中性子を減速するプロセスでは、ほぼ常に中性子の一部も吸収されます。

中性子経済とは、連鎖反応を維持するために必要な数と比較して、核分裂を引き起こすことができる放出中性子の数を測る尺度です。これは単に中性子の総数を計算するのではなく、エネルギーに基づく重み付けも含まれます。したがって、残りの高エネルギー中性子は連鎖反応を維持しないため、「全体的な経済」の主要部分ではありません。中性子経済がどの程度バランスを崩しているかを示す量は、反応度と呼ばれます。原子炉が正確に臨界状態である場合、つまり中性子生成が中性子破壊と正確に等しい場合、反応度はゼロです。反応度が正の場合、原子炉は超臨界状態です。反応度が負の場合、原子炉は未臨界状態です。

「中性子経済」という用語は、原子炉の瞬間的な反応性だけでなく、原子炉設計の全体的な効率を説明するためにも使用されます。冷却材と減速材として従来の水を使用する一般的な原子炉設計は、一般に相対的な中性子経済性が低くなります。これは、水が熱中性子の一部を吸収し、反応を継続するために利用できる数が減るためです。対照的に、重水にはすでに余分な中性子があり、同じ反応で通常はそれが放出されるため、重水で減速された原子炉は中性子を吸収せず、したがって中性子経済性が高くなります。^{[4] [5]中性子経済性が高い原子炉には「余剰中性子」が多くあり、}追加の燃料を増殖させたり、核廃棄物の臨界未満の核分裂を引き起こして放射性成分の一部を「燃やし尽くす」など、他 の目的に使用できます。

• ドル（反応性）
• 増殖炉