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Reação em cadeia de fissão e reatores nucleares

FísicaFísica quântica e nuclearIdades 17–18

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Nêutrons lentos fissionam núcleos de urânio-235, e cada fissão libera 2–3 nêutrons. Escolha o enriquecimento em U-235, o moderador, a inserção das barras de controle e o tamanho do núcleo para tornar a reação em cadeia subcrítica, crítica ou supercrítica, com o fator de multiplicação k, um gráfico de nêutrons por geração e um resumo do destino dos nêutrons. A tela Reator simula um reator de água pressurizada com refrigerante, potência, desligamento e calor residual; Energia calcula E = Δmc² para uma fissão e compara com a fusão; Combustível usado mostra como os rejeitos decaem.

Aula: Fissão nuclear, reação em cadeia, massa crítica, reatores nucleares e fusão

O que mostra

Na fissão, um nêutron lento é absorvido por um núcleo de urânio-235, que se divide em dois núcleos menores e libera 2 ou 3 nêutrons e cerca de 200 MeV. Se, em média, exatamente um desses nêutrons causar outra fissão, o fator de multiplicação é k = 1 e a reação em cadeia é crítica; com k < 1 ela se extingue e com k > 1 cresce. Um reator mantém k = 1 com combustível enriquecido, um moderador que desacelera os nêutrons, barras de controle que os absorvem e um núcleo grande o bastante. A energia vem de uma perda de massa, E = Δmc².

Como usar

Em Reação em cadeia, escolha o Enriquecimento em U-235 e o Moderador, ajuste Barras de controle inseridas e Tamanho do núcleo, e clique em Disparar 1 nêutron ou Disparar 100 nêutrons para ver as barras de cada geração. Em Reator, mova as barras de controle, reduza a Vazão do refrigerante ou clique em Desligamento de emergência (SCRAM). Energia compara fissão e fusão; Combustível usado mostra como os rejeitos decaem.

Parâmetros que você pode mudar

  • Tela Reação em cadeia, Reator, Energia, Combustível usado
  • Enriquecimento em U-235 0,7 % (natural), 3 %, 5 %, 20 %, 90 %
  • Moderador Nenhum, Água, Água pesada, Grafite
  • Barras de controle inseridas 0–100 %
  • Tamanho do núcleo (relativo) 1–10

Perguntas para explorar

  1. Por que o urânio natural consegue manter uma reação em cadeia com grafite ou água pesada, mas não com água comum?
  2. O que acontece com o número de nêutrons em cada geração quando k é um pouco maior que 1?
  3. Por que um reator ainda precisa ser resfriado depois de desligado?

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