رآکتور شکافت هسته‌ای

رآکتور شکافت هسته‌ای یک شبیه‌سازی سه‌بعدی برش‌خورده از یک هسته رآکتور هسته‌ای حرارتی است. نه مجموعه سوخت اورانیوم-235 در داخل یک تعدیل‌کننده آب در حال درخشش چرنکوف ایستاده‌اند در حالی که یک عنکبوت میله کنترل بور-10 چهار انگشتی از بالا پایین می‌آید. نوترون‌های زرد سریع آزاد شده توسط شکافت از طریق تعدیل‌کننده آب جهش می‌کنند، به نوترون‌های حرارتی فیروزه‌ای کند می‌شوند، و به میله‌های سوخت U-235 برخورد می‌کنند تا هسته‌ها را به قطعات دختر باریم-141 و کریپتون-92 تقسیم کنند. دانش‌آموزان عنکبوت میله کنترل را می‌کشند یا غنی‌سازی U-235 و چگالی تعدیل‌کننده را تنظیم می‌کنند تا رآکتور را بین حالت‌های زیربحرانی (k_eff زیر 1)، بحرانی (k_eff = 1.00)، و فوق‌بحرانی (k_eff بالای 1) هدایت کنند.

• مجموعه میله کنترل بور نارنجی را کمی به سمت بالا بکشید تا درج زیر 45% کاهش یابد و تماشا کنید که k_eff بالای 1.00 می‌رود زیرا جمعیت نوترون و توان حرارتی بالا می‌روند.
• دکمه اسکرام را فشار دهید تا میله‌های کنترل بور به درج 100% کاهش یابند و تماشا کنید که جذب نوترون رآکتور را وارد یک خاموشی ایمن زیربحرانی می‌کند.
• نگه داشتن k_eff = 1.00 را روشن کنید، غنی‌سازی U-235 یا چگالی تعدیل‌کننده آب را تغییر دهید، و ببینید چگونه میله‌های کنترل به طور خودکار تغییر موقعیت می‌دهند تا توان بحرانی پایدار حفظ شود.
• روی هر میله سوخت سبز U-235 کلیک کنید تا یک انفجار اولیه نوترون شلیک شود و هسته‌های دختر سبز Ba-141 و صورتی Kr-92 را تماشا کنید که از هم جدا می‌شوند.
• چگالی تعدیل‌کننده آب را به 40% کاهش دهید و متوجه شوید که چگونه k_eff حتی با میله‌های کنترل بالا رفته کاهش می‌یابد، که نشان می‌دهد چرا رآکتورهای آب سبک در صورت جوشیدن خنک‌کننده نمی‌توانند واکنش زنجیره‌ای را حفظ کنند.

1. 1شکافت هسته‌ای اورانیوم-235 القا شده توسط یک نوترون حرارتی را توصیف کنید و محصولات آن (هسته‌های دختر، نوترون‌های سریع و انرژی حرارتی) را شناسایی کنید.
2. 2ضریب تکثیر نوترون مؤثر k_eff را تعریف کنید و حالات رآکتور زیربحرانی، بحرانی و فوق‌بحرانی را متمایز کنید.
3. 3نقش‌های متمایز تعدیل‌کننده آب (کند کردن نوترون‌های سریع) و میله‌های کنترل بور (جذب نوترون‌های اضافی) را توضیح دهید.
4. 4توضیح دهید که چرا از دست دادن چگالی تعدیل‌کننده آب یک ویژگی ایمنی با واکنش‌پذیری منفی ذاتی را در رآکتورهای آب سبک فراهم می‌کند.

پرسش‌هایی که معلم‌ها می‌پرسند