اقتصاد النيوترونات

يُعرَّف اقتصاد النيوترونات بأنه نسبة إنتاج النيوترونات الزائد مقسومًا على معدل الانشطار . ^{[ 1 ] [ 2 ]} الأرقام هي متوسط ​​مرجح يعتمد بشكل أساسي على طاقات النيوترونات.

الانشطار النووي عمليةٌ تنقسم فيها نوى الذرات. ومن بين الجسيمات المختلفة المنبعثة في هذه العملية، النيوترونات عالية الطاقة التي تتوزع طاقاتها على طيف النيوترونات . قد تُسبب هذه النيوترونات انشطار نوى أخرى، مما يُؤدي إلى إمكانية حدوث تفاعل متسلسل . مع ذلك، لا يُمكن للنيوترونات أن تُسبب انشطارًا آخر إلا في ظل ظروف مُعينة تعتمد على طاقتها؛ فالنيوترونات عالية الطاقة، أو "النسبية"، غالبًا ما تخترق نواة أخرى دون أن تُسبب انشطارًا. تزداد فرصة التقاط النيوترون بشكل كبير عندما تكون طاقته مُقاربة لطاقة النواة المستهدفة، وهو ما يُعرف بـ"النيوترون الحراري". وللحفاظ على التفاعل المتسلسل في المفاعل النووي ، يُستخدم مُهدئ للنيوترونات لإبطاء سرعتها. يُستخدم هذا المُهدئ غالبًا كمُبرد لاستخراج الطاقة أيضًا، وأكثر المُهدئات شيوعًا هو الماء. كما تتباطأ النيوترونات بسبب التصادمات المرنة وغير المرنة مع الوقود والمواد الأخرى الموجودة في المفاعل.

يعتمد مفاعل الانشطار النووي على مبدأ الحفاظ على حالة التفاعل الحرجة ، حيث يؤدي كل انشطار إلى انشطار آخر، لا أكثر ولا أقل. ولأن انشطار اليورانيوم يُطلق نيوترونين أو ثلاثة، فهذا يعني ضرورة إزالة بعض النيوترونات كجزء من العملية. يُفقد بعضها نتيجةً لعوامل هندسية، فالنيوترونات المنطلقة من الحافة الخارجية لكتلة الوقود، على سبيل المثال، لا تُتاح لها فرصة إحداث انشطار. بينما تُمتص نيوترونات أخرى عبر عمليات مختلفة داخل الكتلة، ويُمتص بعضها الآخر عمدًا بواسطة قضبان التحكم أو أجهزة مماثلة للحفاظ على التوازن العام الصحيح. ^{[ 3 ]} وتؤدي عملية تهدئة النيوترونات في أغلب الأحيان إلى امتصاص بعضها أيضًا.

يُعدّ اقتصاد النيوترونات مقياسًا لعدد النيوترونات المنبعثة القادرة على إحداث الانشطار النووي مقارنةً بالعدد اللازم للحفاظ على التفاعل المتسلسل. ولا يقتصر هذا على حساب العدد الإجمالي للنيوترونات فحسب، بل يشمل أيضًا ترجيحًا يعتمد على الطاقة. وبالتالي، لا تُشكّل النيوترونات المتبقية عالية الطاقة جزءًا رئيسيًا من "الاقتصاد الكلي" لأنها لا تُحافظ على التفاعل المتسلسل. ويُطلق على الكمية التي تُشير إلى مدى اختلال توازن اقتصاد النيوترونات مصطلح " التفاعلية" . إذا كان المفاعل في حالة حرجة تمامًا - أي أن إنتاج النيوترونات يُساوي تمامًا معدل استهلاكها - فإن التفاعلية تكون صفرًا. وإذا كانت التفاعلية موجبة، يكون المفاعل فوق الحرج . أما إذا كانت التفاعلية سالبة، فيكون المفاعل تحت الحرج .

لا يُستخدم مصطلح "اقتصاد النيوترونات" فقط للإشارة إلى التفاعل الفوري للمفاعل، بل لوصف الكفاءة الإجمالية لتصميم المفاعل النووي . تتميز تصاميم المفاعلات الشائعة التي تستخدم الماء التقليدي كمبرد ومُهدئ بكفاءة منخفضة نسبيًا في استخدام النيوترونات، لأن الماء يمتص بعض النيوترونات الحرارية، مما يقلل من عددها المتاح لاستمرار التفاعل. في المقابل، يحتوي الماء الثقيل على نيوترون إضافي، وعادةً ما يؤدي التفاعل نفسه إلى إطلاقه، مما يعني أن المفاعل المُهدئ بالماء الثقيل لا يمتص النيوترونات، وبالتالي يتمتع بكفاءة أفضل في استخدامها. ^{[ 4 ] [ 5 ]} تحتوي المفاعلات ذات الكفاءة العالية في استخدام النيوترونات على المزيد من "النيوترونات المتبقية" التي يمكن استخدامها لأغراض أخرى، مثل إنتاج وقود إضافي أو إحداث انشطار دون حرج في النفايات النووية "لحرق" بعض المكونات الأكثر إشعاعًا.

• الدولار (التفاعلية)
• مفاعل التوليد