خواص نوترون حرارتی در سوختها

در راكتورهاي حرارتی تنها ايزوتوپهای شكافت پذير همچون ²³³U، ²³⁵U، ²³⁹Pu مورد استفاده قرار مي گيرند. تا كنون سوختهاي هسته اي بكار رفته غالباً دي اكسيد اورانيوم، با اورانيوم غني شده در ²³⁵U از مقدار طبيعي 720/0% تا چند درصد بوده است. تنها برخی راکتورهای آب – سنگین و کند کننده – گرافیت می تواند از اورانیوم طبیعی استفاده کند. اغلب راکتورها از اورانیوم غنی شده، معمولاً 2 تا 3 درصد، در u²³⁵ استفاده می کنند. نوكليد شكافت پذير ²³⁹Pu در طي عمليات يك راكتور هسته اي قدرت كه سوخت آن حاوي ²³⁸U است  توليد شده  و در انتهاي عمر سوخت (معمولاً سه سال) تقريباً نصف قدرت بوسيله شكافت ²³⁹Pu حاصل مي گردد. بعضي از راكتورهاي قدرت ²³⁹Pu با اورانيوم غني شده به شكل سوخت "اكسيد مخلوط" مخلوط مي گردد.  

1- ²³³U داراي بزرگترين مقدار η ، تعداد نوترونهاي شكافت توليد شده بازای جذب یک نوترون حرارتی، بوده و لذا بهترين چشم انداز براي يك راكتور زاينده حرارتی با توليد سوخت شكافت پذير با جذب نوترون از آنچه كه در واكنش زنجيره اي مصرف مي شود، است. در يك راكتور زاينده يك η معادل حداقل 2، مورد نياز است چرا كه يك نوترون براي پايدار نمودن زنجيره واكنش و يك نوترون با جذب در ماده بارور جهت زايش يك اتم سوخت شكافت پذير جديد لازم است. مواد بارور موادي هستند همانند ²³²Th و ²³⁸U كه در هنگام جذب نوترون حرارتی ممكن است توليد مواد شكافت پذير کنند .

2- اگر چه ايزوتوپهاي پلوتونيوم توليد تقريباً 3 نوترون شكافت بر هر شكافت حرارتی مي كنند. بدليل سطح مقطع هاي بالاي جذب تابشي) (n, g آن ها نشان داده شده بوسيله نسبت كم و بيش بالاي (s_g/s_ƒ) منجر به مقادير پائين η مي گردد. با وجود اين براي شكافت هاي حاصل بوسيله نوترونها با انرژي هاي بالاتر از چند صد η،KeV براي هر دو²³⁹Pu و ²⁴¹Pu بزرگ تر از 3 مي­باشد. لذا در راكتورهاي سريع كه در آنها پلوتونيوم به عنوان سوخت مورد استفاده قرار مي گيرد بعنوان راكتورهاي زاينده قابل توجه هستند.

3- ايزوتوپ هاي بارور ²³²Thو ²³⁸U داراي سطح مقطع جذب حدود 1 درصد يا كمتر، از آنهائي هستند كه به ايزوتوپهاي شكافت پذير ²³³U و ²³⁹Pu تبديل مي شوند.

4- ايزوتوپ بارور ²⁴⁰Pu داراي سطح مقطع بالاي گیراندازی براي توليد ايزوتوپ شكافت پذير ²⁴¹Pu است.

5-  اگر چه در اين جدول نشان داده نشده، سطح مقطع هاي شكافت و جذب براي واكنش هاي نوترون هاي شكافت با انرژي بالا با ايزوتوپهاي شكاف پذير چند صد برابر كمتر از واكنش هاي با نوترون هاي حرارتي است