Im Einzelnen sind:
· Spaltneutronenmultiplizität für U
· Vermehrungsfaktor : Änderung von durch Spaltung mit schnellen Neutronen im Matrixmaterial (Si, U, O)
· Resonanz-Entkommwahrscheinlichkeit : Bruchteil der Neutronen, die während der Moderation nicht durch resonante ( , )-Reaktionen verloren gehen (für Leichtwasserreaktoren mit U-Matrix: )
· Thermische Nutzung : Anzahl thermischer Neutronen, die im Kernbrennstoff und nicht in anderem Material absorbiert werden;
· Spaltwahrscheinlichkeit : Wahrscheinlichkeit, daß Neutroneneinfang in U zur Spaltung führt
· Generationsfaktor : maximale Anzahl von Spaltneutronen, die wieder zur Spaltung führen
Der Vermehrungsfaktor ist dann (für einen unendlich-großen Moderator, d. h. ohne Wandeffekte):
(13.1)


Stetiger und stabiler Reaktorbetrieb. Die Reaktivität ist definiert durch:
( ohne verzögerte )
Der relative Anteil der verzögerten Neutronen an den insgesamt produzierten Neutronen sei. Dann gibt es folgende Möglichkeiten des Reaktorbetriebs:
· : überkritisch; die Leistung steigt schnell an; Vorsicht Explosionsgefahr!
kann mit Hilfe von Regelstäben aus einem Material mit hohem -Einfangsquerschnitt reduziert werden. · : unterkritisch; keine Kettenreaktion; nur zum Ausschalten zu gebrauchen
· : kritisch; stationäre Kettenreaktion
Die Anzahl prompter Neutronen ändert sich oft sehr schnell, wodurch die Regelung mit den vergleichsweise langsamen Steuerstäben schwierig wird. Man versucht deshalb, die Anzahl der prompten Neutronen so zu halten, daß die verzögerten Neutronen mit großer Zeitkonstante zur Regelung herangezogen werden können: Der Fall läßt sich im zeitlichen Mittel aufrechterhalten, wenn. Dann ist , d. h. nur bestimmt die Kritikalität und die Regelung wird wesentlich einfacher. Nachwärme. Das Abschalten des Reaktors bewirkt nicht den sofortigen Stop der Energieproduktion, da durch den Zerfall der langlebigen Spaltprodukte noch Wärme entsteht. Es ist also notwendig, den Reaktor nach dem Abschalten nachzukühlen. Ein Reaktor beispielsweise, der lange (z. B. 1 ) in Betrieb war, produziert einen Tag nach der Abschaltung noch 0.5% der vorherigen Leistung.


1. Warum wird bei der Spaltung schwerer Atomkerne soviel Energie frei?

Stellen wir uns den Kern als Flüssigkeitstropfen vor, ähnlich einem sehr kleinen Wassertropfen, der aber statt aus Wassermolekülen aus Nukleonen (Protonen und Neutronen) besteht. Die Nukleonen werden durch die starke Kernkraft in einem sehr kleinen Raum (etwa 10 000 mal kleiner als ein Atom) zusammengehalten. Diese starke Kernkraft hat eine sehr kurze Reichweite, die nur auf die unmittelbaren Nachbarn jedes Nukleons wirken kann. Das hat zur Folge, daß die an der Oberfläche sitzenden Nukleonen schwächer gebunden sind, weil sie ja außen keine Nachbarn mehr haben. Dies erzeugt analog wie beim Wassertropfen eine Oberflächenspannung, die den Kern möglichst kugelförmig zu halten versucht, weil die Kugelgestalt bei vorgegebenem Volumen die kleinste Oberfläche hat.

Diese Oberflächenspannung verhindert, daß die elektrische Abstoßung zwischen den positiv geladenen Protonen den Kern auseinanderreißt. Eine relativ kleine Energiezufuhr von außen (z.B.