Reaktywność reaktora jądrowego jest kluczowym parametrem. Określa, czy reakcja łańcuchowa w rdzeniu reaktora utrzyma się, wzrośnie, czy wygaśnie. Musimy ją umieć zmierzyć. Do tego służy jednostka miary.
Wyobraź sobie huśtawkę. Jeśli siła po jednej stronie jest większa, huśtawka się przechyla. Reaktywność to taki "przechył" w reakcji jądrowej. Mówi nam, czy produkcja neutronów jest większa, mniejsza, czy równa ich stratom.
Jednostki Reaktywności: Δk/k i pcm
Istnieją dwie główne jednostki reaktywności, z których korzystamy. Porównajmy je do dwóch różnych sposobów mierzenia temperatury – Celsjusza i Fahrenheita.
Δk/k – Zmiana w mnożniku neutronów
Pierwszą jednostką jest Δk/k (delta k przez k). k to współczynnik mnożenia neutronów. Mówi nam, ile nowych neutronów powstaje z każdego neutronu, który wywołał rozszczepienie. Jeśli k = 1, reakcja jest samopodtrzymująca – tyle samo neutronów powstaje, ile ginie. To stan krytyczny.
Δk to zmiana w tym współczynniku. Δk/k pokazuje, o ile procent zmienił się współczynnik mnożenia neutronów. To jak porównanie "teraz" do "wcześniej".
Wyobraź sobie, że masz 100 kulek. Każda kulka reprezentuje neutron. Jeśli k=1, to z każdej kulki, która uderzy w inny obiekt (jądro atomu), powstaje kolejna kulka. Masz stałą liczbę kulek w grze. Jeśli k=1.01, to z każdej kulki powstaje 1.01 kulki. Nieznacznie więcej niż ginie. Kulki zaczynają się mnożyć!
Czyli Δk = 0.01, a Δk/k = 0.01/1 = 0.01 lub 1% . To mała, ale znacząca zmiana.
pcm – per cent mille (części na tysiąc procent)
Drugą jednostką jest pcm (per cent mille). To skrót od "części na tysiąc procent". Jest to po prostu Δk/k wyrażone w "tysięcznych procentach". Mnożysz wartość Δk/k przez 105.
Czemu używamy pcm? Ponieważ w reaktorach zmiany reaktywności są zazwyczaj bardzo małe. Używanie pcm pozwala uniknąć bardzo małych liczb dziesiętnych. To trochę jak zamiana metrów na milimetry, gdy mierzysz małe przedmioty. Robi się to dla wygody.
W naszym przykładzie, gdzie Δk/k = 0.01, reaktywność w pcm wynosi: 0.01 * 100 000 = 1000 pcm.
Czyli, 1 pcm to zmiana Δk/k o 10-5. To bardzo, bardzo mała zmiana!
Porównanie i Przykłady
Pomyśl o naciskaniu pedału gazu w samochodzie. Δk/k to jak naciskanie pedału gazu. Im mocniej naciskasz, tym szybciej samochód przyspiesza (wzrasta moc reaktora). pcm to jak małe korekty, by utrzymać stałą prędkość.
Oto kilka przykładów, aby lepiej zrozumieć wartości reaktywności:
- Reaktor krytyczny, w stanie stabilnym: Reaktywność = 0 (zarówno w Δk/k jak i pcm). Produkcja neutronów równa się ich stratom.
- Dodanie prętów kontrolnych: Reaktywność < 0 (ujemna). Pręty pochłaniają neutrony, zmniejszając reakcję łańcuchową.
- Usuwanie prętów kontrolnych: Reaktywność > 0 (dodatnia). Więcej neutronów jest dostępnych, reakcja łańcuchowa się wzmacnia.
Znaczenie Reaktywności
Kontrola reaktywności jest absolutnie kluczowa dla bezpieczeństwa reaktora. Operatorzy reaktorów muszą dokładnie znać i kontrolować reaktywność, aby zapobiec niekontrolowanemu wzrostowi mocy (awarii reaktora). Monitorują reaktywność przez cały czas.
Wyobraź sobie garnek z gotującą się wodą na kuchence. Reaktywność to jak ustawienie pokrętła mocy. Zbyt duża moc – woda wykipi. Za mała moc – woda przestanie wrzeć. Kontrola reaktywności to utrzymywanie wrzenia na odpowiednim poziomie.
Reaktywność zmienia się z czasem. Zużycie paliwa, zmiany temperatury, produkcja produktów rozszczepienia wpływają na nią. Inżynierowie reaktorów uwzględniają te zmiany podczas projektowania i eksploatacji reaktora.
Podsumowanie
Reaktywność to miara stanu reakcji łańcuchowej w reaktorze. Δk/k i pcm to jednostki, w których ją wyrażamy. Rozumienie tych jednostek jest niezbędne do bezpiecznej i efektywnej pracy reaktorów jądrowych. Pamiętaj – kontrolowana reakcja to bezpieczna energia!
