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-Einfang konkurrieren zwei
Prozesse: Entweder der Kern spaltet und es werden Spaltneutronen
freigesetzt, oder es kommt zu einer (unerwünschten) (,
)-Reaktion. Hierbei wird ein Photon emittiert, welches
die Umgebung aufheizt. Es werden jedoch keine neuen Spaltungen
induziert. Bei 
U liegt bei thermischen Neutronen
in der gleichen Größenordnung wie
. Beide Querschnitte sind relativ groß. 
U
hat dagegen nur für
einen hohen Spaltungsquerschnitt, der
Einfangquerschnitt ist jedoch auch für
groß.
U ist also als Spaltmaterial wesentlich besser geeignet als
13.2 und
13.3).
Das Spaltmaterial liegt nie rein vor, sondern als Uranmatrix in
einem Oxid oder Silizid (FRM II). Der U-Anteil am
Uran kann auch unterschiedlich sein:
| U-Anteil |
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| natürliches Uran |
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| für Leichtwasserreaktoren |
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(LEU) |
| für FRM I, FRM II, ILL |
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(HEU) |
U kommt es zu einer
asymmetrischen Spaltung. Die Spaltfragmente sind außerdem instabil, da
die Neutronenzahl für die vorliegende Massenzahl zu hoch ist. Sie
zerfallen über 
-Zerfall oder Neutronenemission.
Die Energieverteilung der Neutronen hat bei etwa 
ein Maximum.
Eine mögliche Reaktion ist:
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U sind etwa 1.6% der Spaltneutronen verzögerte
Neutronen.
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kinetische Energie der Spaltprodukte | |
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kinetische Energie der prompten |
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Energie der prompten |
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 -Strahlung der Spaltprodukte |
(verzögert) |
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-Strahlung der Spaltprodukte |
(verzögert) |
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(entkommt) |
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Für 
Energie werden
U-Atome gespalten. Ein
Reaktor mit einer thermischen Leistung von
spaltet
täglich 
U.
, also für thermische Neutronen, am größten.
Vor einer erneuten Spaltung müssen folglich die Spaltneutronen
durch Stöße in einem Material mit kleinem Einfangquerschnitt
moderiert werden (Abb. 13.4). Im Prinzip wäre
H
der beste Moderator, da wegen
der
größte Impulsübertrag möglich ist. H hat jedoch einen höheren
Einfangquerschnitt als Deuterium, weshalb man in der Praxis D
oder DO (schweres Wasser) verwendet. Um von
auf
zu kommen, benötigt
man 18 Stöße mit H oder 25 Stöße mit D.
für U
: Änderung von 
durch Spaltung
mit schnellen Neutronen im Matrixmaterial (Si, U, O)
: Bruchteil der Neutronen,
die während der Moderation nicht durch resonante (,
)-Reaktionen verloren gehen (für Leichtwasserreaktoren
mit U-Matrix: 
)
: Anzahl thermischer Neutronen, die im
Kernbrennstoff und nicht in anderem Material absorbiert werden;
:
Wahrscheinlichkeit, daß Neutroneneinfang in U zur Spaltung
führt
: maximale Anzahl von
Spaltneutronen, die wieder zur Spaltung führen
(
ohne verzögerte )
. Dann gibt es folgende
Möglichkeiten des Reaktorbetriebs:
: überkritisch; die Leistung steigt
schnell an; Vorsicht Explosionsgefahr!
kann mit Hilfe von Regelstäben aus einem Material mit hohem
-Einfangsquerschnitt reduziert werden.
: unterkritisch; keine Kettenreaktion; nur zum
Ausschalten zu gebrauchen
: kritisch; stationäre Kettenreaktion läßt sich im zeitlichen Mittel aufrechterhalten,
wenn
. Dann ist
, d. h.
nur bestimmt die Kritikalität und die Regelung wird
wesentlich einfacher.
) in Betrieb
war, produziert einen Tag nach der Abschaltung noch 0.5% der
vorherigen Leistung.
