Kernreaktortheorie: Eine Einführung

I. Kernstruktur und Stabilität.- Charakteristische Eigenschaften der Atomkerne.- Protonen und Neutronen.- Ordnungszahl und Massenzahl.- Isotope und Nuklide.- Radioaktivität.- Radioaktive Isotope.- Radioaktive Umwandlungen.- Das radioaktive Zerfallsgesetz.- Kernbindungsenergie.- Kernkräfte.- Massendefekt und Bindungsenergie.- Tröpfchenmodell des Kerns.- Halbempirische Berechnung der Bindungsenergien.- Kernkräfte und Stabilität.- II. Kernreaktionen.- Ausbeute bei Kernreaktionen.- Vergleich von Kern- und chemischen Reaktionen.- Wechselwirkung von Neutronen mit Kernen.- Neutronenwellenlänge.- Das Zwischenkernmodell.- Der Mechanismus der Kernreaktionen.- Anregungsenergie eines Zwischenkerns.- Statistische Verteilung der Energie im Kern.- Kernenergie-Niveaus.- Lebensdauer und Niveaubreite.- Resonanzabsorption.- Bedingungen für Resonanz.- Die Breit-Wigner-Formel.- Anwendungen der Breit-Wigner-Formel.- Streuung von Neutronen.- Die Natur der Streuung.- Inelastische Streuung.- Elastische Streuung.- III. Erzeugung von Neutronen — Neutronenreaktionen.- Erzeugung von Neutronen.- ?-Teilchen und leichte Kerne.- Photoneutronenquellen.- Verwendung von Beschleunigern.- Bremsung von Neutronen.- Streuung und Bremsung.- Die Maxwell-Boltzmannsche Verteilung.- Reaktionen mit langsamen Neutronen.- Typen von Einfangreaktionen.- Strahlungseinfang.- Emission von ?-Teilchen und Protonen.- Kernspaltung.- Reaktionen mit schnellen Neutronen.- Einfang- und Spaltreaktionen.- Wirkungsquerschnitte von Neutronen.- Die Bedeutung des Wirkungsquerschnittes.- Makroskopische Wirkungsquerschnitte.- Mittlere freie Weglänge und Relaxationslänge.- Ausbeuten von Neutronenreaktionen.- Polyenergetische Neutronensysteme.- Streuquerschnitte.- Messung von Wirkungsquerschnitten.- Durchstrahlungsmethode.- Aktivierungsmethode.- Meßergebnisse für die Wirkungsquerschnitte.- Änderung des Wirkungsquerschnittes mit der Neutronenenergie.- Das Resonanzgebiet.- Das Gebiet der schnellen Neutronen.- Große Niveaubreiten.- Elemente mit niedriger Massenzahl.- Thermische Wirkungsquerschnitte.- Nachweis und Zählung von Neutronen.- Sekundär-Ionisationszähler.- Aktivierungsdetektoren.- IV. Der Spaltungsprozeß.- Besonderheiten der Spaltungsreaktion.- Emission von Neutronen.- Die Spaltprodukte.- Die Spaltungsenergie.- Der Mechanismus der Kernspaltung.- Spaltung durch schnelle und langsame Neutronen.- Die Spaltungs-Kettenreaktion.- Bedingungen für eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion.- Neutronenbilanz in einer Kettenreaktion.- Reaktortypen.- Der Multiplikationsfaktor für thermische Reaktoren.- Sickerverluste von Neutronen.- Die kritische Größe des Reaktors.- Die Steuerung des Reaktors.- Die Wirkung der verzögerten Neutronen.- V. Die Neutronendiffusion.- Elementare Diffusionstheorie.- Die Transport- und Diffusionsgleichungen.- Die Neutronenstromdichte.- Transportkorrekturen an der elementaren Diffusionstheorie.- Diffusionskoeffizient und Neutronenstromdichte.- Berechnung der Sickerverluste.- Die Diffusionsgleichung und ihre Anwendungen.- Die Diffusionsgleichung.- Randbedingungen.- Lösung der Diffusionsgleichung: Die Wellengleichung.- Punktquelle im unendlich ausgedehnten Medium.- Unendlich ausgedehnte ebene Quelle.- Unendliche ebene Quelle in einem Medium endlicher Dicke.- Ebene Quelle und zwei Schichten endlicher Dicke.- Die Diffusionslänge.- Die Bedeutung der Diffusionslänge.- Messung der Diffusionslänge.- Harmonische Glieder und Endkorrekturen.- Experimentelle Ergebnisse.- Diffusionskerne.- Integralform der Diffusionsgleichung; Diffusionskerne in unendlich 1.- Fall I. Neutronenenergien im Intervall von E0 bis ? E0 (? E0 ? E ? E0).- Fall II. Neutronenenergien unter ? E0 (E < ? E0).- Fall III. Asymptotischer Fall (E ? ? E0).- Bremsung in einem homogenen Gemisch mehrerer Kernarten.- Messung der Bremsdichte.- Bremsung mit Absorption im unendlich ausgedehnten Medium.- Bremsung mit Einfang im Wasserstoffmoderator.- Bremsung mit Einfang in Medien mit A > 1.- Bremsnutzung für weit voneinander entfernte Resonanzstellen.- Bremsnutzung bei schwach veränderlicher Absorption.- Bremsnutzung für schwachen Resonanzeinfang.- Die Alterstheorie nach Fermi.- Das Modell der stetigen Bremsung.- Die Altersgleichung ohne Absorption.- Lösung der Altersgleichung.- Fall I. Ebene Quelle von schnellen, monoenergetischen Neutronen in einem unendlich ausgedehnten Gebiet.- Fall II. Punktquelle von schnellen, monoenergetischen Neutronen in einem unendlich ausgedehnten Gebiet.- Die Bremsdichte in der Umgebung einer Punktquelle.- Die physikalische Bedeutung des Fermi-Alters.- Experimentelle Bestimmung des Alters.- Diffusions- und Bremszeit.- Bremsung und Diffusion schneller Neutronen einer unendlichen ebenen Quelle in einem unendlich ausgedehnten Medium.- Die Altersgleichung bei schwacher Absorption.- VII. Der homogene thermische Reaktor ohne Reflektor.- Die kritische Gleichung.- Quellneutronen und Alterstheorie.- Der Übergang zum kritischen Zustand.- Die kritische Bedingung.- Materielle und geometrische Flußwölbung.- Neutronengleichgewicht in einem thermischen Reaktor.- Die Generationszeit.- Die geometrische Flußwölbung.- Reaktoren verschiedener Gestalt.- Fall I. Unendlich ausgedehnter Plattenreaktor von endlicher Dicke.- Fall II. Der quaderförmige Reaktor.- Fall III. Der kugelförmige Reaktor.- Fall IV. Der zylindrische Reaktor.- Kleinstes Volumen für einen zylindrischen Reaktor.- Zusammenfassung und Übersicht.- Eigenschaften von kritischen Reaktoren.- Große Reaktoren.- Berechnung der Größe (des kritischen Volumens) und der Zusammensetzung.- Experimentelle Bestimmung des kritischen Volumens.- Kritische Masse, kritischer Radius und stoffliche Zusammensetzung.- VIII. Der homogene Reaktor mit Reflektor: Die Gruppendiffusions-Methode.- Allgemeine Betrachtungen.- Eigenschaften eines Reflektors.- Die Gruppendiffusions-Methode.- Gruppenkonstanten.- Eine Neutronengruppe.- Fall I. Die unendliche Platte.- Reflektorgewinn.- Fall II. Der kugelförmige Reaktor mit Reflektor.- Verhältnis des maximalen zum mittleren Neutronenfluß im Plattenreaktor.- Zwei Neutronengruppen.- Mehrgruppenmethode.- IX. Heterogene (Natururan-) Reaktoren.- Die Kettenreaktion im Natururan.- Spaltung durch thermische Neutronen.- Resonanzeinfang im Natururan.- Das effektive Resonanzintegral.- Eigenschaften heterogener Systeme.- Resonanzeinfang: Volums- und Oberflächenabsorption.- Bremsnutzung.- Vorteile und Nachteile heterogener Systeme.- Berechnung der thermischen Nutzung.- Berechnung der Bremsnutzung.- Berechnung des Spaltfaktors für schnelle Neutronen.- Makroskopische Reaktortheorie.- Berechnung der materiellen Flußwölbung.- Der Exponentialversuch.- Der zylindrische Reaktor.- X. Das Zeitverhalten eines nackten thermischen Reaktors.- Zeitverhalten mit prompten Neutronen.- Die Diffusionsgleichung für den instationären Zustand.- Die Reaktorperiode.- Zeitverhalten mit verzögerten Neutronen.- Die Diffusionsgleichung mit verzögerten Neutronen.- Die reziproke Stunde als Reaktivitätsmaß.- Eine verzögerte Neutronengruppe.- Kleine Reaktivitäten.- Große Reaktivitäten.- Negative Reaktivität.- XI. Reaktorregelung.- Störung des Neutronenhaushalts..- Temperatureffekte.- Die Wirkung der Spaltprodukte.- Absorberstäbe.- Die Wirkungsweise der Absorberstäbe.- Theorie des Absorberstabes: Eingruppenmethode.- Theorie des Absorberstabes: Zweigruppenmethode.- Theorie des exzentrischen Absorberstabes.- Vergiftung durch Spaltprodukte.- Jodkonzentration.- Xenonkonzentration.- Berechnung der Vergiftung.- Einfluß der Vergiftung auf die Reaktivität.- Xenonaufbau nach einer Schnellabschaltung.- Samariumvergiftung.- Temperaturkoeffizienten der Reaktivität.- Einflüsse der Temperatur auf die Reaktivität.- Der nukleare Temperaturkoeffizient.- Der Dichte-Temperaturkoeffizient.- XII. Allgemeine Theorie homogener multiplizierender Systeme.- Unendliche Bremskerne.- Gaußsche Kerne (Alterstheorie).- Gruppendiffusionskerne.- Die allgemeine Reaktorgleichung.- Die Bremsdichte.- Die allgemeine Diffusionsgleichung.- Endliche und unendliche Kerne.- Die Lösung der Reaktorgleichung.- Die Bedeutung der Fourier-Transformierten.- Annäherung an den kritischen Zustand.- Der kritische Zustand.- Die asymptotische Reaktorgleichung und die materielle Flußwölbung.- Die kritische Gleichung für verschiedene Bremskerne.- Die Verbleibwahrscheinlichkeit während der Bremsung.- Momentenform der kritischen Gleichung.- Gaußsche Kerne und kritische Gleichung.- Die kritische Gleichung für einen Gaußschen Bremskern unter Berücksichtigung des Spaltspektrums.- Diffusion-Bremskerne für zwei Gruppen.- Faltung von Diffusionsbremskernen: Bremsung in Wasser.- XIII. Störungstheorie.- Allgemeine Theorie.- Adjungierte und selbstadjungierte Operatoren.- Anwendungen der Störungstheorie.- Anwendung auf die Eingruppenmethode.- Das statistische Gewicht.- Vergiftung eines Reaktors und Gefährdungskoeffizient.- Anwendung auf die Zweigruppenmethode.- XIV. Transporttheorie und Neutronendiffusion.- Aufstellung der Transportgleichung.- Die monoenergetische Transportgleichung.- Die eindimensionale Transportgleichung.- Entwicklung der Streuquerschnitte nach Kugelfunktionen.- Die Transportgleichung und die Diffusionstheorie.- Elementare Diffusions-Näherung.- Verallgemeinertes Ficksches Gesetz und Anwendbarkeit der elementaren Diffusionstheorie.- Asymptotische Lösung der Transportgleichung in einem nicht absorbierenden Medium.- Asymptotische Lösung der Transportgleichung in einem absorbierenden Medium.- Die Diffusionslänge.- Strenge Lösung der Transportgleichung.- Unendliche, ebene, isotrope Quelle in einem unendlich ausgedehnten Medium.- Asymptotische und nichtasymptotische Lösungen.- Randbedingungen.- Trennfläche zwischen zwei Medien.- Trennfläche zwischen einem Medium und dem Vakuum.- Die Extrapolationsdistanz.