ウラン酸化物

 

原子燃料は、二酸化ウランのセラミックスで、密度はおおよそ10[g/cc]である。酸素の中性子断面積を図に示す。

 

 

酸素と中性子の相互作用は、殆どが弾性散乱で放射捕獲のような中性子が消滅する反応は極めて小さい。したがって、中性子が酸素と衝突すると、単純に弾き返すだけと思えばよい。

 

中性子が酸素と衝突すると、中性子の運動エネルギーは、酸素を弾き返すことで、１０％ほど減る。２MeVの中性子が酸素と１回衝突すると、0.9×２＝1.8[MeV]、2回衝突すると、0.9×0.9×２＝1.6２[MeV]となり、約３０回衝突すると１００ｋｅＶ以下の共鳴領域のエネルギーとなる。

 

ウランの場合には、ウランを弾き返すことで、１％程度しか減らないので、100keV以下の共鳴領域に到達するには約300回の衝突が必要である。したがって、ウラン酸化物の場合には中性子エネルギーが低下するが、共鳴領域で殆ど吸収され、熱領域には到達しないので、金属ウランよりも中性子の吸収が大きくなる。金属ウランとウラン酸化物の無限体系の臨界固有値を示す。

 

ウラン235濃縮度[%]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

金属ウラン

0.3164

0.4745

0.6122

0.7323

0.8390

0.9343

1.0186

1.0954

1.1653

1.2282

1.2837

ウラン酸化物

0.2612

0.4112

0.5340

0.6375

0.7303

0.8113

0.8861

0.9519

1.0145

1.0703

1.1209

 

ウラン酸化物では、８％で臨界固有値が１を越えるので、５％未満の濃縮度であれば、ウラン酸化物でも臨界にならないことがわかる。