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崩壊方程式

 

原子炉で生成する元素を求める方程式を燃焼方程式と言う。燃焼方程式は、放射性同位元素の崩壊を表す崩壊式と基本的には同じであるが、燃焼方程式は、中性子反応で新たに元素が生成されることも考慮する。

 

まずは、Xe-133が飽和して、Cs-133Cs-134の崩壊式で説明する。Cs-133のインデックスを1Cs-134のインデックスを2としよう。崩壊式は、

 

 

これを行列とベクトルで表示する。

 

 

Cs-133Cs-134の数密度をベクトルでまとめる。

 

核分裂収率もベクトルでまとめる。

 

崩壊定数も行列でまとめる。

 

崩壊式は、

 

と簡潔になる。単位時間当たりの核分裂数(出力)が定数で、核分裂収率も時間に対して定数とすると、この解は、

となる。ここで、は、時間t=0のときのCs-133Cs-134の数である。は、次式で定義され、求めるのは容易ではない。

 

通常は、一次の項までで近似することが多い。

このように纏めると、Xe-133も含めた場合も同じである。Xe-133のインデックスを1Cs-1332Cs-1343とする。崩壊式は、

 

 

原子数は、

 

核分裂収率は、

 

崩壊定数は、

 

以上のようになり、答えは以下のようになる。

問題は、を求めるのが厄介になるだけである。これらをどのようにして求めるかである。実際に、手を動かして、ということになるとLaplace変換が便利であろう。そのプロセスは“Laplace変換”を見てください。

 

Xe-133が飽和すると仮定し、Cs-133Cs-134を核分裂で直接生成する核分裂収率10-8乗程度なので、0とみなす。また、t=0での原子数を0とすると、

 

                       Xe-133

                Cs-133

    Cs-134

 

ここまで、簡略化できる。実際に手を動かしてということになると、このあたりが限界であろう。実装の詳細は、EXCELファイルを参照方。

 

Xe-133を飽和させない場合には、Cs-133Cs-134を核分裂で直接生成する核分裂収率を0とみなし、t=0での原子数を0とすると、以下のようになる。

 

 

 

                  I-133

      Xe-133

 Cs-133

 Cs-134

 

 

 

 

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