Por primera vez, Se ha demostrado el efecto de agrupamiento de neutrones teorizado desde hace mucho tiempo en los reactores nucleares, que podría mejorar la seguridad del reactor y crear simulaciones más precisas, según un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Naturaleza Comunicaciones Física .

"El fenómeno de la agrupación de neutrones se había teorizado durante años, pero nunca se había analizado en un reactor en funcionamiento, "dijo Nicholas Thompson, ingeniero del Grupo de Tecnología Nuclear Avanzada de Los Alamos. "Los hallazgos indican que, a medida que los neutrones se fisionan y crean más neutrones, algunos continúan formando grandes linajes de grupos, mientras que otros mueren rápidamente, resultando en las llamadas 'inclinaciones de potencia, 'o producción de energía asimétrica ".

Comprender estas fluctuaciones de agrupamiento es especialmente importante para la seguridad y la precisión de la simulación, particularmente cuando los reactores nucleares comienzan a encenderse. El estudio fue una colaboración con el Instituto de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear (IRSN) y la Comisión de Energía Atómica (CEA), ambos ubicados en Francia.

"Pudimos modelar la vida de cada neutrón en el reactor nuclear, básicamente construyendo un árbol genealógico para cada uno, ", dijo Thompson." Lo que vimos es que incluso si el reactor es perfectamente crítico, por lo que el número de fisiones de una generación a la siguiente es par, puede haber estallidos de grupos que se forman y otros que mueren rápidamente ".

Este fenómeno de agrupamiento se volvió importante de comprender debido a un concepto estadístico conocido como la ruina del jugador, se cree que fue derivado de Blaise Pascal. En una analogía de apuestas, el concepto dice que incluso si las posibilidades de que un jugador gane o pierda cada apuesta individual son del 50 por ciento, en el transcurso de suficientes apuestas, la certeza estadística de que el jugador irá a la quiebra es del 100 por ciento.

En reactores nucleares, de generacion a generacion, se puede decir que cada neutrón tiene una probabilidad similar del 50 por ciento de morir o fisionarse para crear más neutrones. Según el concepto de ruina del jugador, los neutrones en un reactor podrían entonces tener una probabilidad estadística de morir por completo en alguna generación futura, a pesar de que el sistema es crítico.

Este concepto ha sido ampliamente estudiado en otros campos científicos, como biología y epidemiología, donde también está presente este fenómeno de agrupamiento generacional. Basándose en esta matemática estadística relacionada, el equipo de investigación pudo analizar si el concepto de ruina del jugador sería válido para los neutrones en los reactores nucleares.

"Es de esperar que esta teoría sea cierta, "dice Jesson Hutchinson, que trabaja con el Grupo de Tecnología Nuclear Avanzada del Laboratorio. "Debería tener un sistema crítico que, mientras que la población de neutrones varía entre generaciones, tiene alguna posibilidad de volverse subcrítico y perder todos los neutrones. Pero eso no es lo que pasa ".

Para entender por qué el concepto de ruina del jugador no era cierto, Los investigadores utilizaron un reactor nuclear de baja potencia ubicado en la Instalación Crítica del Reactor Walthousen en Nueva York. Un reactor de baja potencia era esencial para rastrear la vida útil de neutrones individuales porque los reactores a gran escala pueden tener billones de interacciones en cualquier momento. El equipo utilizó tres detectores de neutrones diferentes, incluyendo el Detector de Array 3He de Multiplicidad de Neutrones (NoMAD) desarrollado por Los Alamos, para rastrear cada interacción dentro del reactor.

El equipo descubrió que si bien generaciones de neutrones se agrupaban en grandes árboles genealógicos y otros se extinguían, Se evitó una extinción completa en el pequeño reactor debido a la fisión espontánea, o la división nuclear no inducida de material radiactivo dentro de los reactores, que crea más neutrones. Ese equilibrio de fisión y fisión espontánea impidió que la población de neutrones se extinguiera por completo, y también tendía a suavizar las explosiones de energía creadas por la agrupación de neutrones.

"Los reactores nucleares de tamaño comercial no dependen únicamente de la población de neutrones para alcanzar la criticidad, porque tienen otras intervenciones como la temperatura y la configuración de la varilla de control, ", Dijo Hutchinson." Pero esta prueba estaba interesada en responder preguntas fundamentales sobre el comportamiento de los neutrones en los reactores, y los resultados tendrán un impacto en las matemáticas que utilizamos para simular reactores e incluso podrían afectar el diseño futuro y los procedimientos de seguridad ".