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Tomohiro ENDO @hyd3nekosuki
核分裂連鎖反応が起きやすくなるかも?と専門家が考えているのは、中性子と重さが等しい"水素"が存在する場合。水素(要は水)がなければ再臨界にはならない。 また今現在、注水して水が存在しているけど、twitter.com/hyd3nekosuki/s…なので、現状としては深い未臨界状態にある
Tomohiro ENDO @hyd3nekosuki
あとは、逆に、水が多すぎても核分裂の連鎖が長続きしません。 twitter.com/hyd3nekosuki/s…
Tomohiro ENDO @hyd3nekosuki
あと、おおざっぱな理解として、スピードが速い中性子では中性子が食べられるような核反応(例えば捕獲や核分裂)は起きにくくて、中性子のスピードが遅くなるにつれてこういった核反応が起こりやすくなります。 イメージとしては、キャッチボールで豪速球より遅いボールのほうがキャッチしやすい感じ
Tomohiro ENDO @hyd3nekosuki
あと、核燃料の体積(量)が同じだったとしても、「形」が違うと核分裂連鎖反応の起こりやすさが変わります。表面積が大きな形(例えば平ぺったい板)のほうが、燃料から中性子が漏れやすくなり、燃料内で起こす核分裂連鎖が少なくなるため。 pic.twitter.com/RoXRLobeFf
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twitter.com/hyd3nekosuki/s… 核分裂反応を起こしやすくするには、中性子のスピードを遅くする必要がある。そのためには、中性子が原子核と「散乱反応」を何度か起こして原子核にエネルギーを与えなければならない。その時の肝が「中性子と衝突する原子核の重さ」
Tomohiro ENDO @hyd3nekosuki
例えば、500円玉(重い原子核)を標的として1円玉(中性子)をぶつけても、500円玉はちょっとしか動かず、1円玉は勢いよく散乱される。 pic.twitter.com/2rqVM52lvv
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一方、1円玉(中性子と同じ重さの原子核、要は水素)を標的として1円玉(中性子)をぶつけると、標的の1円玉がかっ飛んで(エネルギーが移って)、ぶつけた1円玉のスピードはそのぶんだけ遅くなる。 (動画の1円玉の裏表に注意) pic.twitter.com/7JX1hKEoTg
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100トンのUO2だけを単純に固めて(例えば、直径2.7mの球状)、その周りをどれだけの厚さの水で巻いたところで、臨界(k≧1)にはならない。 条件を新燃料としてMVP/JENDL-4で計算しても、実効増倍率k≒0.7で深い未臨界。UO2に被覆管等が混じれば、さらにkは下がる。
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twitter.com/hyd3nekosuki/s…で述べた、実効増倍率kの計算条件は以下のとおり→ pic.twitter.com/kLFEYC2EfS
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@hyd3nekosuki 専門家が「実効増倍率k≧1となるような厳しい条件」を考えた場合、例えば次図のような体系となる。UO2が大きな塊となるのではなく、サイズ1cmオーダーの燃料片の間に、適度な量の水が"減速材"として存在する形 pic.twitter.com/JEu0dA85HZ
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未臨界状態とは?

Tomohiro ENDO @hyd3nekosuki
未臨界状態というのは、体系の中に1個の中性子をぽんと投入した時に、それを種火とした核分裂の連鎖反応がいつか終息し、連鎖反応の長さが定義出来る状態。中性子増倍率Keff=0の場合は一切連鎖反応が起こらない。Keffが1に近づくにつれて連鎖反応の長さがどんどん長続きするようになる
Tomohiro ENDO @hyd3nekosuki
(敢えてぷよぷよで例えるならば、深い未臨界(Keffが0に近い状態)ではふぁいや~ぐらいしか続かない、臨界状態に近づく(Keff→1)とふぁいや~→あいすすと~む→…→ばよえ~ん×nの連鎖が長続きする。正に臨界状態(Keff=1)では、ばよえ~ん×∞の状態とも言える)
Tomohiro ENDO @hyd3nekosuki
自発核分裂中性子源を種火とした未臨界増倍については→twitpic.com/7aqjmt 体系が未臨界(中性子増倍率k<1)の場合、自発核分裂数がS [fission/sec]の倍、毎秒起こっている全核分裂数(自発核分裂数)としてはS/(1-k) [fission/sec]
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要は、全核分裂数がS+k×S+k×k×S+k×k×k×S+…という無限等比級数の和の形となるため、無限等比級数の和の公式よりS/(1-k)となる。つまり、未臨界状態とはいえ、元々のSが1/(1-k)倍に増幅されることになる
Tomohiro ENDO @hyd3nekosuki
例えば、k=0.5の場合には1/(1-k)=2なので、全核分裂数Fは元々の自発核分裂数Sの2倍(F=S/(1-0.5)=2×S)となる。同様にk=0.90ならば、全核分裂数FはSの10倍まで増幅されることになる

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