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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-133とCs-134の崩壊式で説明する。Cs-133のインデックスを1、Cs-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-133とCs-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-133とCs-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1、Cs-133を2、Cs-134を3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、と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-133、Cs-134を核分裂で直接生成する核分裂収率とは10の-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-133、Cs-134を核分裂で直接生成する核分裂収率とを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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