FLUJO NEUTRÓNICO Y DISTRIBUCIÓN

DR.AGUSTÍN ZÚÑIGA GAMARRA
Huarangal, 4 de Setiembre de 2017
azuniga@ipen.gob.pe
FISICA DE REACTORES NUCLEARES
PROGRAMA DE FORMACIÓN DEL PERSONAL NECESARIO PARA LA OPERACIÓN DEL
REACTOR NUCLEAR “RP-10”

Contenido
A. Zúñiga 2017Física de Reactores2
Parte I (Criticidad)
 Reacción en cadena
 La fórmula de los 4
factores
 Factores de
multiplicación
 Reactividad y efectos del
moderador, reflector y
refrigerante;
 Neutrones prontos y
retardados (impacto en
el control del reactor);
 Neutrones retardados y
fracciones de neutrones
retardadas;
 Aproximación a la
criticidad;
 Definiciones de “crítico”
y “prompt crítico”;
Parte II (Flujo neutrónico)
 Flujo de neutrones cerca al
crítico o prompt crítico;
 Período estable y tasa relativa
de cambio de flujo;
 Definiciones de "estacionario",
"transitorio" y
"comportamiento de
transición";
 Flujo de neutrones y la potencia
del reactor;
 Medición del flujo neutrónico;
 Cambios en la densidad del
moderador y del reflector sobre
el flujo de neutrones;
 Distribución del flujo
neutrónico sobre el;
Parte III (Reactividad)
• Reactividad por temperatura;
• Coeficientes de reactividad y el
consumo de combustible;
• Comportamiento del reactor
crítico y subcrítico en los
distintos rangos de potencia;
• Envenenamiento por xenón
• Control de reactores,
absorbedores quemables y
elementos de control ;
• Monitoreo del comportamiento
del reactor subcrítico o crítico;
• Fuente de neutrones (propósito
y efecto);
• Balance de reactividad
(tratamiento cualitativo), exceso
de reactividad y margen de
parada;
• Conducción de experimentos de
criticidad
Parte IV (Ejercicios)

Parte II: FLUJO NEUTRÓNICO
 Flujo de neutrones cerca al crítico o prompt crítico;
 Período estable y tasa relativa de cambio de flujo;
 Definiciones de "estacionario", "transitorio" y
"comportamiento de transición";
 Flujo de neutrones y la potencia del reactor;
 Medición del flujo neutrónico;
 Cambios en la densidad del moderador y del reflector sobre
el flujo de neutrones;
 Distribución del flujo neutrónico sobre el;

DISTRIBUCION NEUTRONES
A.ZuñigaUMSA-BOLIVIA4

Problema fundamental
Conocer (calcular o medir), para cualquier instante, t,
las características de la población neutrónica que se
extiende en una región, que contiene una arbitraria
pero conocida mezcla de materiales. La cantidad
principal, entonces, es la densidad neutrónica.
Densidad neutrónica

Aproximación de difusión
«Ley de Fick»
Mc
Master

Modelo a 2 grupos:

Ecuación de difusión

U3O8-Al : OXIDO U3SI2-Al : SILICIURO
Flujo térmico: 1.5 x 10E14 (Central) Flujo térmico: 3.0 x 10E14 (central)
( +3 posiciones similares al central anterior)
OCT 201410
Ref. Expo
Itinerantes
AGUSTIN ZUÑIGA

Secciones transversales del neutrón
A. Zúñiga 2017Física Nuclear11 Rol del núcleo compuesto en la
interacción con el neutrón

Interacciones del neutrón
A. Zúñiga 2017Física Nuclear12
Mediciones de neutrones que no han interaccionado en el blanco
Intensidad del haz que no ha
interaccionado
Haz viaja, x. Luego dx. La intensidad decrecida, por haz no
interaccionado.
Sección transversal macroscópica de dispersión y total
Probabilidad que un neutrón se mueva una distancia x, sin
sufrir alguna interacción
Probabilidad que un neutrón sobreviva la distancia x,
sin sufrir alguna interacción, y tenga su primera
interacción en siguiente distancia dx.
Probabilidad de interacción por
unidad de longitud
Camino libre medio.
(distancia promedio
entre interacciones)
Sec.Transversal para mezclas y moléculas

A. Zúñiga 2017Física Nuclear13
Comportamiento energético de sección transversal
Sección transversal de fisión del U235

La energía del neutrón
OCT 201414 AGUSTIN ZUÑIGA
Denominación Intervalo Espectro Observación
Rápido 1-10 MeV Watt Nacimiento en la fisión
Intermedio 1MeV – 1eV 1/E Moderación
Térmico < 1eV Maxwelliano Eliminación de neutrones
Ref. Ferreira

OCT 2014AGUSTIN ZUÑIGA15
Ref. Ferreira
Espectro típico de un reactor nuclear térmico

OCT 201417 AGUSTIN ZUÑIGA
Espectro de neutrones prontos

OCT 2014AGUSTIN ZUÑIGA18
Espectro de neutrones térmicos
Energía más probable (máximo)
Energía promedio
(0.0253 eV): energía del neutrón térmico
A.Henry
Distribución
maxwelliana del
flujo neutrónico
Energía mas
probable

Equipamiento
Espectrometría gama
EXP1.ID IN
INF. PCTE
EXP2. SNM

Detectores de neutrones (cadena de
arranque : cámaras de fisión)
Contadores de fisión (canal de arranque)

CON NUEVOS ELEMENTOS COMBUSTIBLES DE SILICIURO
CAJA
CENTRAL

NUCLEO 41: Actual
Flujo máximo: 1.5 x 10E14
n/cm2/s

Monitores

A.ZuñigaDistribucion de Neutrones26
Espectro Neutrónico
n
U235
Neutrones
retardados, 1%
Neutrones
rápidos, 99%
EsenheE E
 484.0)(
Watt
N(E), MeV
E(MeV)
1 2 3 10
2
0.025 eV
E
MeV
rápidos
térmicos
moderación
REACTORES
TERMICOS
0

Espectro Neutrónico .......continuación
TERMICO EPITERMICO RAPIDO
Maxwelliano Moderación Fisión
0.1 10 106 107
En (eV)
1/eV
(1/E)
(E)
CEsenhAe BE
kT
E
ekT
E 
2
)(

Distribución del flujo neutrónico - Reactor
v
r
Flujo de nth
)(.)( rnvr thth


(#/cm3)
densidad neutrónica
Reactores Importante cambio espacial
del flujo neutrónico
x
y
z
(x,y,z)
a´
c´
b´
Reactor desnudo
homogéneo
)cos()cos()cos()0,0,0(),,( c
z
b
y
a
x
th zyx 
 
(0,0,0)
 2,2,2 '''
 ccbbaa
Tamaño físico : a´,b´,c´
Tamaño extrapolado: a, b, c
Ahorro por reflector: 

Distribución del flujo neutrónico –
Reactor....... continuación
Eje-z: )()cos(),()0,0,0(),,( 00000 zyxczyx c
z
th  

)cos()cos()0,0,0( 00
0 b
y
a
x
th

 
Flujo no uniforme
Quemado no uniforme
EC centrales  EC extremos
0 ),,( 00 zyxth
z

Reflector
nucleo reflectorreflector
flujoneutrónico
Flujoneutrónico
reactor reflejado
Flujoneutrónico
reactor desnudo
• Mejora la economía de neutrones (menos fuga)
• Mejora la economía de EECC (menos masa crítica)

Ahorro por reflector
nucleo
reflector
 
reflector
Flujoneutrónico
reactor desnudo
Flujoneutrónico
reactor reflejado
Ahorro por reflector
 = { Dimensiones nucleo reflejado } - { Dimensiones nucleo desnudo critico }
c´
c
Eje-z:
2
)( '
cc
z



Formas de Flujos Térmico y Rápido

Velocidad de Reacción
neutrones
detector
(Indicador radioactivo)


otros
Tactth NR 
Flujo térmico
(n/cm2/s)
S.Transv.ersal
(cm2)
# de átomos en el
indicador

Medición

Procedimiento

Trabajo práctico

FIN:
azuniga@ipen.gob.pe

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