¿Cuál es la principal diferencia entre un reactor térmico y un reactor nuclear rápido?


Respuesta 1:

"Térmico" o "Rápido" se refiere al espectro de energía del flujo de neutrones.

Así como un espectro de luz generado por un prisma muestra dónde hay mucha luz y dónde hay poca, también lo hace con un espectro de neutrones. Puede integrarse para encontrar la energía "más probable" para un espectro.

Los espectros "rápidos" son aquellos donde la energía de neutrones promedio es superior a 400 k eV. "Térmicos" son aquellos en los que la energía de neutrones promedio es inferior a 1 eV. Si la energía está entre esos dos, se dice que el espectro es "epitermal".

Debido a la física de la fisión nuclear, un neutrón rápido generará más material fisionable que solo el material fisionable que puede ser fisionado por un neutrón térmico. Esto se explica en los cálculos como el "factor de fisión rápida". Otra cosa que sucede cuando ocurre una fisión rápida es que se liberan más neutrones de la fisión. Estas dos contribuciones al flujo de neutrones significan que un reactor rápido puede tener suficientes neutrones adicionales para "reproducir" material fértil en material fisionable, mientras que solo el ciclo del combustible de torio puede reproducirse en núcleos térmicos.


Respuesta 2:

Primero algunos hechos.

Los neutrones liberados en la fisión tienen una distribución de energías que llega hasta unos 10 MeV.

El U238 es relativamente difícil de fisión: tiene una sección transversal bastante alta para absorber un neutrón si esos neutrones están a energías más altas. A corto plazo, esta es una absorción parasitaria. A largo plazo, esta absorción produce Pu239.

El número de neutrones producidos por evento de fisión es mayor si la fisión es causada por un neutrón incidente de mayor energía.

Los reactores térmicos reducen la velocidad de los neutrones lo más rápido posible, de modo que se pierden menos neutrones en U238: los neutrones se reducen rápidamente a energías donde la sección transversal de fisión de U235 (y Pu239) empequeñece la sección transversal de absorción U238. Lo hacen al incluir un moderador en el diseño, alguna sustancia con un núcleo ligero que puede absorber mucha energía de un neutrón en una colisión (agua, agua pesada, grafito son las tres sustancias que generalmente se usan para la moderación).

Los reactores rápidos utilizan la estrategia opuesta: tratan de mantener los neutrones a altas energías el mayor tiempo posible. De esta forma, aumentan las fisiones rápidas, algunas de las cuales se encuentran en el rango donde se generan más neutrones por fisión. Estos neutrones adicionales se pierden por absorción en U238 y generan más Pu239. Hay suficientes neutrones adicionales para generar suficiente Pu239 para alimentar la siguiente región de combustible.


Respuesta 3:

Primero algunos hechos.

Los neutrones liberados en la fisión tienen una distribución de energías que llega hasta unos 10 MeV.

El U238 es relativamente difícil de fisión: tiene una sección transversal bastante alta para absorber un neutrón si esos neutrones están a energías más altas. A corto plazo, esta es una absorción parasitaria. A largo plazo, esta absorción produce Pu239.

El número de neutrones producidos por evento de fisión es mayor si la fisión es causada por un neutrón incidente de mayor energía.

Los reactores térmicos reducen la velocidad de los neutrones lo más rápido posible, de modo que se pierden menos neutrones en U238: los neutrones se reducen rápidamente a energías donde la sección transversal de fisión de U235 (y Pu239) empequeñece la sección transversal de absorción U238. Lo hacen al incluir un moderador en el diseño, alguna sustancia con un núcleo ligero que puede absorber mucha energía de un neutrón en una colisión (agua, agua pesada, grafito son las tres sustancias que generalmente se usan para la moderación).

Los reactores rápidos utilizan la estrategia opuesta: tratan de mantener los neutrones a altas energías el mayor tiempo posible. De esta forma, aumentan las fisiones rápidas, algunas de las cuales se encuentran en el rango donde se generan más neutrones por fisión. Estos neutrones adicionales se pierden por absorción en U238 y generan más Pu239. Hay suficientes neutrones adicionales para generar suficiente Pu239 para alimentar la siguiente región de combustible.