Fuente de neutrones de inicio - Startup neutron source
La fuente de neutrones de inicio es una fuente de neutrones que se utiliza para el inicio estable y confiable de la reacción en cadena nuclear en los reactores nucleares , cuando se cargan con combustible nuclear nuevo , cuyo flujo de neutrones de la fisión espontánea es insuficiente para un inicio confiable, o después de períodos prolongados de apagado. Las fuentes de neutrones garantizan una población mínima constante de neutrones en el núcleo del reactor, suficiente para un arranque sin problemas. Sin ellos, el reactor podría sufrir excursiones de potencia rápidas durante el arranque desde un estado con muy pocos neutrones autogenerados (núcleo nuevo o después de un apagado prolongado).
Las fuentes de arranque se insertan típicamente en posiciones regularmente espaciadas dentro del núcleo del reactor , en lugar de algunas de las barras de combustible .
Las fuentes son importantes para el arranque seguro del reactor. La fisión espontánea y los rayos cósmicos sirven como fuentes de neutrones débiles, pero son demasiado débiles para que los detecte la instrumentación del reactor; confiar en ellos podría conducir a un comienzo "a ciegas", que es una condición potencialmente insegura. Por lo tanto, las fuentes se colocan de manera que el flujo de neutrones que producen sea siempre detectable por los instrumentos de control del reactor. Cuando el reactor está en estado de apagado, las fuentes de neutrones sirven para proporcionar señales a los detectores de neutrones que monitorean el reactor, para asegurar que estén operativos. El nivel de equilibrio del flujo de neutrones en un reactor subcrítico depende de la fuerza de la fuente de neutrones; por lo tanto, debe garantizarse un cierto nivel mínimo de actividad de la fuente para mantener el control sobre el reactor cuando se encuentra en un estado fuertemente subcrítico, es decir, durante los arranques.
Las fuentes pueden ser de dos tipos:
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Fuentes primarias , utilizadas para la puesta en marcha de un núcleo de reactor nuevo; se utilizan fuentes de neutrones convencionales . Las fuentes primarias se retiran del reactor después de la primera campaña de combustible, generalmente después de unos meses, ya que la captura de neutrones resultante del flujo de neutrones térmicos en un reactor en funcionamiento cambia la composición de los isótopos utilizados y, por lo tanto, reduce su vida útil como fuentes de neutrones.
- Californio-252 ( fisión espontánea )
- Plutonio-238 y berilio , reacción (α, n)
- americio-241 y berilio, (α, n) reacción
- polonio -210 y berilio, (α, n) reacción
- radio -226 y berilio, (α, n) reacción
Cuando se utilizan fuentes primarias de plutonio-238 / berilio, pueden fijarse a barras de control que se retiran del reactor cuando se alimenta, o revestirse con una aleación de cadmio , que es opaca a los neutrones térmicos (lo que reduce la transmutación del plutonio). 238 por captura de neutrones) pero transparente a los neutrones rápidos producidos por la fuente.
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Las fuentes secundarias , originalmente inertes, se vuelven radiactivas y productoras de neutrones solo después de la activación de neutrones en el reactor. Debido a esto, tienden a ser menos costosos. La exposición a neutrones térmicos también sirve para mantener la actividad de la fuente (los isótopos radiactivos se queman y se generan en el flujo de neutrones).
- Sb - Sea fuente de fotoneutrones ; el antimonio se vuelve radiactivo en el reactor y sus fuertes emisiones gamma (1,7 MeV para 124 Sb) interactúan con el berilio-9 mediante una reacción (γ, n) y proporcionan fotoneutrones . En un reactor PWR, una barra de fuente de neutrones contiene 160 gramos de antimonio y permanece en el reactor durante 5-7 años. Las fuentes se construyen a menudo como una barra de antimonio rodeada por una capa de berilio y revestida de acero inoxidable . También se puede utilizar una aleación de antimonio-berilio .
La reacción en cadena en el primer reactor crítico, CP-1 , fue iniciada por una fuente de neutrones de radio-berilio. De manera similar, en los reactores modernos (después del arranque), la emisión retardada de neutrones de los productos de fisión es suficiente para mantener la reacción de amplificación mientras se obtienen tiempos de crecimiento controlables. En comparación, una bomba se basa en neutrones inmediatos y crece exponencialmente en nanosegundos.