Neutronenökonomie

Neutronenökonomie bezeichnet in der Kerntechnik die Untersuchung der Neutronenbilanz in einem nuklearen System, vor allem in Kernreaktoren. Neutronen entstehen primär durch Spaltung des Brennstoffs und können sowohl prompt als auch verzögert freigesetzt werden. Die Neutronenpopulation wächst oder sinkt je nach Balance von Produktion und Verlusten. Die Betriebszustände unterkritisch, kritisch und überkritisch beschreiben diese Entwicklung. Das Ziel ist eine nachhaltige Kettenreaktion bei sicheren Betriebsbedingungen und effizientem Brennstoffverbrauch.

Zentrale Konzepte der Neutronenökonomie sind die effektive Multiplikationszahl k_eff und deren Bausteine. k_eff beschreibt das Verhältnis der erzeugten Neutronen zu den verlorenen Neutronen pro Generationszyklus. Beeinflussende Faktoren umfassen den schnellen Spaltungsfaktor ε, die Resonanzüberspringwahrscheinlichkeit p, den thermischen Nutzungsfaktor f sowie Leckagen aus dem System. Verzögerte Neutronen ermöglichen eine zeitliche Trennung von Erzeugung und Steuerung, was die Regelbarkeit und Stabilität des Reaktors erhöht. Die Neutronenökonomie hat direkte Auswirkungen auf Brennstoffmanagement, Moderation, Materialauswahl und Sicherheitskonzepte.

Anwendungen der Neutronenökonomie reichen von der Auslegung kommerzieller Kernkraftwerke über Forschungsreaktoren bis hin zu Brutreaktor- oder schnellen Reaktorkonzepten sowie subkritischen Systemen wie beschleunigungsgetriebenen Anlagen. Sie bildet die theoretische Grundlage für Sicherheitsanalysen, Reaktorkontrolle und Betriebsoptimierung und erfolgt oft mithilfe von Transport- und Monte-Carlo-Simulationen zur präzisen Bestimmung der Neutronenverteilung.