Esta es una pregunta bastante compleja ya que existen múltiples variables y muchos diseños propuestos para los ciclos de combustible de torio a considerar también; pero parece que su interés principal es si dejar o no el Pa-233 en solución afectará negativamente el ciclo nuclear de torio hasta el punto en que tenga más sentido eliminar este isótopo para reintroducirlo después de que la beta se descomponga en nuestro tan necesitado U- 233 combustible.
Para responder brevemente a esta pregunta, supongamos primero un reactor térmico (como en los neutrones están bien moderados y tienen energías ideales para la fisión del U-233). A continuación, hagamos una suposición sobre la composición con 98% Th-232, 1% Pa-233 y 1% U-233.
Las secciones transversales de cada uno de estos isótopos (cuán 'grandes' son para un neutrón térmico) son aproximadamente: Th-232, 7.37 graneros para absorción; Pa-233, 40 graneros para absorción; U-233, 529 graneros para fisión. Si no sabe qué es un 'granero', básicamente no es más que describir el tamaño 2D de los núcleos objetivo en cuanto a tener una interacción con el neutrón entrante. 1 granero = 10-24 cm 2 y fue nombrado así porque en escalas atómicas, como dice el viejo refrán, "... es tan grande como un granero".
Esta información se puede utilizar para deducir la distancia promedio que recorrerá un neutrón antes de que tenga una 'colisión / interacción' con uno de estos átomos (también conocido como el camino libre medio de transporte). La función es la siguiente:
l = 1σnorte- 23 A
Dónde:
Como todos son muy similares en número de protones y neutrones, podemos eliminar el término . Además, esta función se usa principalmente para dispersar y calcular la pérdida de energía de un neutrón a través de una profundidad de material dada, pero funciona igual de bien para la absorción, dejándonos con:23 A
l ∼ 1σnorte
Esta fórmula proporciona la distancia promedio (ish) que recorrerá un neutrón a través de un material antes de tener una interacción con un átomo (absorción, fisión, dispersión, etc.).
Con algunos cálculos rápidos de números (omitiendo las densidades numéricas exactas y siguiendo el% de composiciones), podemos ver fácilmente que la distancia promedio recorrida por el neutrón es un orden de magnitud más corto para el U-233 y Th-232 frente al Pa -233 isótopo, por lo que sus efectos sobre la "eficiencia" de este reactor serían insignificantes.
Para responder tu pregunta:
- ¿La formación de Pa-233 afecta la eficiencia del reactor? Sí.
- ¿Es crítico eliminar Pa-233 para tener un ciclo de combustible de torio viable? No.
- ¿La geometría del reactor afecta la eficiencia? Sí, pero esa es otra pregunta. ;)
¡Espero que esto ayude!