underkritikalitet

Underkritikalitet, eller subkritikalitet, är ett tillstånd i kärnteknik där neutronmultiplikationen inte räcker för att upprätthålla en kedjereaktion. Den effektiva neutronmultiplikationen keff är mindre än ett och neutronpopulationen minskar från generation till generation. System kan därför endast upprätthålla en kedjereaktion om en yttre neutronkälla tillförs kontinuerligt eller om kedjereaktionen redan är i gång och faller när källan tas bort.

Keff är den centrala parametern och beskriver hur många neutronsvar som genereras i nästa generation per neutron i föregående. När keff är mindre än ett är reaktiviteten ρ negativ. För keff nära 1 används ofta ρ ≈ keff − 1 eller ρ = (keff − 1)/keff i mer exakta sammanhang. I underkritikalitet följer neutronflödet en exponentiell avklingning med tid, vilket ger goda säkerhetsegenskaper i designade system.

Orsakerna till underkritikalitet inkluderar lågt fissilt innehåll, högt neutronabsorption i byggmaterial och moderatorer, eller geometrier som förlorar neutronekonomi. Tillsättning av neutronabsorberare (t.ex. bor) eller förändringar i temperatur och material har också betydelse. Underkritikalitet används ofta i säkerhetsorienterade konstruktioner och forskningsmiljöer där man vill kontrollera kedjereaktionen noggrant.

Användningsområden inkluderar subkritiska forskningsanläggningar, acceleratordrivna system där en extern stråle driver spallationsneutroner, samt program för transmutation av kärnavfall. Mätning och övervakning av underkritikalitet sker med metoder som neutrondetektion, Rossi-α, Feynman-α och andra kritikalitets- och keff-bestämningar.