Neutronenstatistik
Bei der Kernspaltung des Urans werden gleichzeitig Energie (d.h. Wärme) und schnelle Spaltneutronen freigesetzt. Bei vorgegebener Reaktorleistung (beim FRM-II beträgt die Reaktorleistung 20MW) ist die mittlere Leistungsdichte im Brennelement um so größer, je kleiner dessen Volumen ist. Langsame Neutronen werden vom Atomkern 235U mit großer Wahrscheinlichkeit absorbiert. Durch Mehrteilchenzerfall zerfällt der angeregte Kern in verschiedene Spaltprodukte unter Freisetzung schneller Neutronen. Je kleiner das Brennelement ist, desto mehr schnelle Neutronen verlassen die Uranzone. Wie aus der unten dargestellten Abbildung hervorgeht, fließen von 100 schnellen Spaltneutronen 72,5 Neutronen sofort aus dem extrem kleinen Brennelement in den Moderatortank. Davon werden 25,2 Neutronen durch das schwere Wasser D2O sofort wieder in die Uranzone reflektiert. Die restlichen Neutronen bleiben im D2O- bzw. Moderatortank, werden abgebremst und bauen dort - wegen der sehr geringen Absorption des schweren Wassers D2O - die gewünschte hohe thermische Neutronenflußdichte auf, die für die Nutzung zur Verfügung steht. 18,3 thermische Neutronen diffundieren zurück in das Brennelement, werden dort absorbiert und tragen durch die Freisetzung von 30,5 neuen Spaltneutronen zur Kettenreaktion bei. Die im Uranbereich verbliebenen ca. 27,5+25,2 schnellen Neutronen werden im Kühlwasser H2O abgebremst und führen zu 47,3 neuen Spaltneutronen. Zusammen mit den 22,2 neuen Spaltneutronen, die aus Spaltungen durch Neutronen mittlerer Energien stammen, werden so insgesamt gerade wieder 100 neue Spaltneutronen erzeugt. D.h. die Reaktorleistung ist zeitlich konstant. Statistik von 100 durch Kernspaltung entstehenden Neutronen im konstanten Betrieb des FRM-II. Vertikal nimmt die Neutronenenergie von oben nach unten ab, horizontal wird zwischen innerhalb und außerhalb des Zentralkanalrohrs unterschieden. Schmäler werdende Pfeile bedeuten Neutronenverluste durch Absorption und Leckage nach außen. Ein klassischer Kernreaktor besteht aus fünf Komponenten:
- Brennstoff (spaltbares Material, z.B. Uran) - Moderator (Material zur Abbremsung der Neutronen) - Steuerstäbe (Vorrichtung zum Einfangen der Neutronen) - Medium zur Wärmeabführung (z. B. Wasser) - Strahlenschutzbarriere
Wichtig für das Funktionieren von Reaktoren sind sogenannte Spaltneutronen. Sie werden benötigt, um eine Kettenreaktion zu starten und in Gang zu halten.