Πυρηνική Τεχνολογία Φ 2024-2025 PDF

 ΥΛΗ Πυρηνική Ενέργεια και Τεχνολογία των Αντιδραστήρων - Θωράκιση. Σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντιδραστήρες νέας γενιάς. Αίτια ατυχημάτων, έλεγχος και ασφάλεια αντιδραστήρων. Διαχείριση Πυρηνικών Καυσίμων. Μέθοδος Monte Carlo. ...

 ΥΛΗ Πυρηνική Ενέργεια και Τεχνολογία των Αντιδραστήρων - Θωράκιση. Σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντιδραστήρες νέας γενιάς. Αίτια ατυχημάτων, έλεγχος και ασφάλεια αντιδραστήρων. Διαχείριση Πυρηνικών Καυσίμων. Μέθοδος Monte Carlo.  ΕΞΕΤΑΣΗ - ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ Προαιρετική Υποχρεωτική παρουσίαση Βαθμολογία ΤΕΛΙΚΗ εργασία 3 εργασίας 2 εξέτασης 8 ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ μονάδες μονάδα μονάδες  ΕΞΕΤΑΣΗ - ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ* Θεωρία ΕΞΕΤΑΣΗ (ερωτήσεις ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΟ Ασκήσεις πολλαπλών ΕΠΙΣΗΜΟ επιλογών) ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ *Η εξέταση θα γίνει με ανοιχτές όποιες σημειώσεις/βιβλία θέλετε. Απαγορεύονται κινητά-υπολογιστές  ΕΞΕΤΑΣΗ - ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ Τελικός Βαθμός = βαθμός εργασίας + βαθμολογία της τελικής εξέτασης + βαθμός παρουσίασης εργασίας. Η εργασία είναι «υποχρεωτική» και είναι ατομική. Το θέμα της εργασίας καθορίζεται από το τελευταίο ψηφίο του ΑΕΜ σας.  ΕΞΕΤΑΣΗ - ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ Τελευταίο ψηφίο Θέμα εργασίας ΑΕΜ 0 Αντιδραστήρας Lead Cooled Fast Reactor (LFR) 1 Αντιδραστήρας Gas Cooled Fast Reactor (GFR) 2 H μέθοδος Monte Carlo στην πυρηνική τεχνολογία 3 Αντιδραστήρας SMR-small modular reactor 4 Αντιδραστήρας Supercritical Water Cooled Reactor (SCWR) 5 Αντιδραστήρας Very-High Temperature Reactor (VHTR) 6 Αντιδραστήρας Sodium Cooled Fast Reactor (SFR) 7 Αντιδραστήρας AP1000 8 Αντιδραστήρας Molten Salt Reactor (MSR) 9 Συστήματα ADS (Accelerator Driven Systems)  ΕΞΕΤΑΣΗ - ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ Η εργασία θα πρέπει να ανέβει στην ιστοσελίδα του μαθήματος στο exams e-class σαν μήνυμα. Τελική ημερομηνία παράδοσης της εργασίας σε ηλεκτρονική μορφή και μόνο ορίζεται η Παρασκευή 10-01- 2025. Στο θέμα του μηνύματος θα πρέπει οπωσδήποτε να αναφέρεται ως τίτλος το ΑΕΜ του φοιτητή/φοιτήτριας και το θέμα της εργασίας. πχ ΑΕΜ 7404, Supercritical Water Cooled Reactor (SCWR).  ΕΞΕΤΑΣΗ - ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ Παρατηρήσεις εργασίας Η εργασία θα πρέπει να είναι γραμμένη σε άπταιστη ελληνική γλώσσα. Η χρήση υλικού άλλων εργασιών είναι επιτρεπτή μόνο εφόσον χρησιμοποιηθεί ως βιβλιογραφικό βοήθημα, αναφερθεί ως τέτοιο και δεν αποτελεί ακέραιο μέρος ή όλο της εργασίας. Οι εργασίες σας θα ελεγχτούν από λογισμικό λογοκλοπής. Το μέγεθος της θα πρέπει να είναι από 20 – 50 σελίδες σε χαρτί Α4 με γραμματοσειρά Times New Roman 12 και διάστιχο 1,5. Περιθώρια 2.5 cm.  ΕΞΕΤΑΣΗ - ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ Η παρουσίαση της εργασίας θα πραγματοποιηθεί τις ώρες του μαθήματος σύμφωνα με το εξής πρόγραμμα: ΘΕΜΑΤΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ 0, 1, 2, 3 και 4 Τετάρτη 4-12-2024 5, 6, 7, 8 και 9 Τετάρτη 11-12-2024 Αναπλήρωση ή/και αν το Τετάρτη 18-12-2024 μάθημα δηλωθεί από πολλούς φοιτητές!  ΕΞΕΤΑΣΗ - ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ Παρουσίαση της εργασίας Ο καθένας/καθεμία θα έχει στη διάθεση της χρόνο περίπου ίσο με 10 - 15 λεπτά. Η παρουσίαση πρέπει να διαθέτει σαφήνεια και να είναι ευκολοδιάβαστη για το λόγο αυτό δε συνιστάται η εξ ολοκλήρου αντιγραφή κειμένων.  ΕΞΕΤΑΣΗ - ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ Ο αριθμός των διαφανειών θα πρέπει να είναι 10 – 15. H πρώτη διαφάνεια θα περιλαμβάνει το όνομα του φοιτητή με τον αριθμό μητρώου του, το όνομα του Μαθήματος και τον τίτλο της εργασίας. Η δεύτερη διαφάνεια θα πρέπει να εξηγεί ποιος είναι ο σκοπός της παρουσίασης. Ενώ σίγουρα θα πρέπει να υπάρχει τουλάχιστον μία διαφάνεια που θα αναφέρεται στα συμπεράσματα που προκύπτουν από την εργασία σας.  ΒΑΣΙΚΕΣ ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΠΑ Ο πρώτος αντιδραστήρας (Πανεπιστήμιο του Chicago, Ομάδα Fermi, 1942)  ΟΙ ΠΡΩΤΟΙ ΠΥΡΗΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ 1954 : Λειτουργεί ο πρώτος αντιδραστήρας στη Σοβιετική Ένωση με σημαντική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (5 MWe) 1956 : Λειτουργεί ο πρώτος αντιδραστήρας στο ΗΒ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (50 MWe) 1957 : Λειτουργούν οι πρώτοι αντιδραστήρες στις ΗΠΑ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (4.5 MWe και 60 MWe) Από τότε έχουν περάσει 17.000 reactor-years. Αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε λειτουργία περίπου 450 αντιδραστήρες στον κόσμο. Σημαντικό ορόσημο για την πυρηνική ενέργεια είναι η ίδρυση (1957) του ΔΟΑΕ (ΙΑΕΑ) υπό τον ΟΗΕ, ύστερα από την ομιλία (1953) του Προέδρου των ΗΠΑ Eisenhower (''Atoms for Peace").  ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΑΠΟ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Distribution of electricity generation worldwide in 2023, by energy source ENERGY COMMODITY PRICE INDEX WORLDWIDE FROM 2013 TO 2023, WITH A FORECAST UNTIL 2025 NUCLEAR GENERATION BY COUNTRY 2023 (SOURCE: WORLD NUCLEAR ASSOCIATION, IAEA PRIS)  % of Total Electricity Country Generated By NucLEAR (2023) Number of nuclear reactors under construction worldwide as of July 2024, by country 246 Operational Research Reactors worldwide  ΣΤΗ ΓΕΙΤΟΝΙΑ ΜΑΣ Ο πιο κοντινός σταθμός στην Ελλάδα είναι αυτός του Kozloduy. 2 μονάδες σε λειτουργία, σχετικά νέες. Συνολικά 6 GW θερμική ισχύ ή 2 GW ηλεκτρική (3 αντιδραστήρες στη Fukushima)  ΣΤΗ ΓΕΙΤΟΝΙΑ ΜΑΣ Τον Μάιο του 2010, η Ρωσία και η Τουρκία υπέγραψαν συμφωνία όπου μια θυγατρική της Rosatom θα κατασκευάσει, θα κατέχει και θα λειτουργεί μια μονάδα παραγωγής ενέργειας στο Ακκούγιου που θα περιλαμβάνει τέσσερις μονάδες ισχύος 1.200 MW. Η επίσημη τελετή εγκαινίων έλαβε χώρα τον Απρίλιο του 2015. Η κύρια κατασκευή ξεκίνησε το Μάρτιο του 2018 και η πρώτη μονάδα αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία το 2025. Οι άλλες τρεις μονάδες αναμένεται να ολοκληρωθούν έως το 2025.  ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ? Η ένταξη της πυρηνικής ενέργειας στον ενεργειακό σχεδιασμό της χώρας εξετάστηκε και συζητήθηκε τη δεκαετία του 1960 έως και τις αρχές του 1980 «Πολιτικά - οικονομικά» επιχειρήματα + : Συμβολή στην ενεργειακή αυτάρκεια της χώρας + : Ισχυροποίηση της χώρας γεωπολιτικά - : Εξάρτηση της χώρας από άλλα κράτη - : Η οικονομική βιωσιμότητα αμφισβητούνταν  ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ? Τα επιχειρήματα «ασφάλειας-επικινδυνότητας» εστίαζαν κυρίως στην έντονη σεισμικότητα της χώρας, η οποία υποστηριζόταν ότι θα έκανε ιδιαίτερα επισφαλή τη λειτουργία ενός ΠΑΙ στη χώρα Το ατύχημα του Three Mile Island (1979) στις ΗΠΑ επέτεινε την ανησυχία γύρω από την ασφάλεια των ΠΑΙ διεθνώς  Ακτίνες –Χ, -γ Το μέγεθος της ενέργειας της ακτινοβολίας, καθώς και το υλικό, μέσα στο οποίο διαδίδεται, καθορίζει και την πιθανότητα ένα φωτόνιο να αλληλεπιδράσει μ' ένα συγκεκριμένο μηχανισμό. Οι μηχανισμοί που μπορεί να αλληλεπιδράσει είναι πολλοί. Με βάση τη σπουδαιότητα τους κατατάσσονται με την εξής σειρά: Πρωταρχικής σπουδαιότητας Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο Το φαινόμενο Compton Το φαινόμενο της δίδυμης γένεσης Μικρής σπουδαιότητας Συνεκτική σκέδαση ηλεκτρονίων Εξαΰλωση – ακτινοβολία εξαΰλωσης Πέδηση – ακτινοβολία πέδησης (Bremsstrahlung) Αμελητέας σπουδαιότητας Σκέδαση Thomson από τον πυρήνα Delbruck ή λανθάνουσα σκέδαση Συνεκτική μοριακή ή κρυσταλλική σκέδαση Νουκλεονικές αντιδράσεις Διορθωτικές ακτινοβολίες σε χαμηλής τάξης μηχανισμούς Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο Είναι το φαινόμενο κατά το οποίο αλληλεπιδρούν ένα φωτόνιο με το ηλεκτρόνιο ενός ατόμου και κατά την αλληλεπίδραση το φωτόνιο δίνει όλη του την ενέργεια στο ηλεκτρόνιο με αποτέλεσμα την απόσπασή του ηλεκτρονίου από το άτομο. Από την ενέργεια του φωτονίου (hν), ένα μέρος καταναλώνεται για την υπερνίκηση της δεσμευτικής του ενέργειας (έργο εξαγωγής του ηλεκτρονίου), ενώ το υπόλοιπο μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια του απομακρυσμένου από το άτομο ηλεκτρονίου (φωτοηλεκτρόνιο).  Κατά συνέπεια μπορεί να γραφεί ότι για το ενεργειακό ισοζύγιο ισχύει η σχέση: 1 mu 2 = hv − b 2 όπου m είναι η μάζα του ηλεκτρονίου, h η σταθερά του Planck, ν η συχνότητα του φωτονίου και b η ενέργεια σύνδεσης του ηλεκτρονίου στο άτομο. Το φωτόνιο πρέπει να έχει ενέργεια hv μεγαλύτερη από την ενέργεια σύνδεσης b. Κατά το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο λοιπόν συμβαίνει πλήρης απορρόφηση της ακτινοβολίας. Το φαινόμενο Compton Είναι το φαινόμενο κατά το οποίο αλληλεπιδρούν ένα φωτόνιο με ένα ηλεκτρόνιο και κατά την αλληλεπίδραση μέρος της ενέργειας του φωτονίου δίνεται στο ηλεκτρόνιο (ηλεκτρόνιο Compton), το οποίο απομακρύνεται από το άτομο, ενώ εμφανίζεται φωτόνιο με διαφορετική κατεύθυνση και με ελαττωμένη ενέργεια σε σχέση με την ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου.  Το φωτόνιο μετά τη σύγκρουση έχει λιγότερη ενέργεια, αφού ένα μέρος της αρχικής του ενέργειας απορροφήθηκε από το ηλεκτρόνιο που έφυγε από τη στοιβάδα του. Η πορεία της κίνησης του αρχικού φωτονίου έχει εκτραπεί, και η εκτροπή έγινε στο σημείο της σύγκρουσης. Η εκτροπή αυτής της πορείας λέγεται σκέδαση. Το μετά την σκέδαση φωτόνιο εξακολουθεί βέβαια να κινείται με την ταχύτητα του φωτός, αλλά έχει σκεδαστεί κατά γωνία θ σε σχέση με το φωτόνιο – βλήμα και έχει χάσει ενέργεια h(ν0-ν1) ίση με την κινητική ενέργεια που πρόσδωσε στο ηλεκτρόνιο. Το φαινόμενο Compton ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ  Όταν η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου είναι ίση ή ελαφρά μεγαλύτερη από την ενέργεια σύνδεσης του ηλεκτρονίου τότε, συμβαίνει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Για να προκληθεί το φαινόμενο Compton πρέπει η ενέργεια του φωτονίου να είναι πολύ μεγαλύτερη από την ενέργεια σύνδεσης τροχιακού ηλεκτρονίου. Με αυτόν τον τρόπο, καθώς αυξάνεται η ενέργεια του φωτονίου, η πιθανότητα να συμβεί φωτοηλεκτρικό φαινόμενο μειώνεται πολύ γρήγορα, ενώ αυξάνεται η πιθανότητα να συμβεί Compton. Το φαινόμενο της δίδυμης γένεσης Όταν ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας εισχωρήσει στο έντονο ηλεκτρικό πεδίο που υπάρχει κοντά στον πυρήνα του ατόμου, τότε είναι δυνατόν να δώσει όλη του την ενέργεια (εξαφάνιση του φωτονίου) με αποτέλεσμα την ταυτόχρονη παραγωγή ζεύγους ηλεκτρονίων (αρνητικό και θετικό ηλεκτρόνιο). Η εξαφάνιση του φωτονίου και η εμφάνιση του ζεύγους ηλεκτρονίων, ηλεκτρόνιο + ποζιτρόνιο – ονομάζεται δίδυμη γένεση. Επειδή ένα ηλεκτρόνιο έχει μάζα ηρεμίας ισοδύναμη με ενέργεια 0,510976 MeV για να συμβεί το φαινόμενο θα πρέπει το φωτόνιο να έχει ενέργεια: E = hv  2m0c 2  1,022 MeV Η δίδυμη γένεση είναι ένα παράδειγμα μετατροπής της ενέργειας σε μάζα σύμφωνα με την εξίσωση του Einstein E = mc2. Το αντίστροφο φαινόμενο, δηλαδή η μετατροπή της μάζας σε ενέργεια, επιτυγχάνεται όταν το θετικό ηλεκτρόνιο ενώνεται με ένα ηλεκτρόνιο και παράγονται δύο φωτόνια (εξαΰλωση ή αφυλοποίηση). Το φαινόμενο της δίδυμης γένεσης  Συνοπτικά μπορεί να ειπωθεί ότι για μικρές ενέργειες ο κύριος μηχανισμός απορρόφησης είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, για τις ενδιάμεσες ενέργειες είναι η σκέδαση Compton και τέλος για τις μεγάλες η δίδυμη γένεση. Το Σχήμα της επόμενης διαφάνειας δείχνει τις περιοχές στις οποίες επικρατεί ο καθένας από αυτούς τους μηχανισμούς αλληλεπίδρασης συναρτήσει του ατομικού αριθμού Ζ του απορροφητή και της ενέργειας Εγ των φωτονίων. ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Ο εκθετικός νόμος των ραδιενεργών διασπάσεων Έστω ένα δείγμα από Ν0 άτομα ραδιενεργού στοιχείου κάποια χρονική στιγμή που θεωρούμε ως αρχή των χρόνων t0=0. Θέλουμε να γνωρίζουμε το ρυθμό μεταβολής του πλήθους Ν των αδιάσπαστων πυρήνων ΔΝ σε οιαδήποτε μεταγενέστερη χρονική στιγμή t. Αποδεικνύεται ότι η μεταβολή του πλήθους των αδιάσπαστων πυρήνων ΔΝ στη διάρκεια του πολύ μικρού Δt είναι: ανάλογη του πλήθους Ν των αδιάσπαστων πυρήνων τη στιγμή αυτή ανάλογη του Δt εξαρτάται από το είδος των ραδιενεργών πυρήνων Δηλαδή ισχύει : dΝ=-λ Ν dt όπου το αρνητικό πρόσημο δικαιολογείται από το γεγονός ότι ο πλήθος Ν των αδιάσπαστων πυρήνων συνεχώς μειώνεται και συνεπώς η μεταβολή τους (dΝ) είναι αρνητική. Η σταθερά λ ονομάζεται σταθερά της διάσπασης και εξαρτάται από το είδος των ραδιενεργών πυρήνων.  Ο ρυθμός μεταβολής του πλήθους των αδιάσπαστων πυρήνων ισούται με |dΝ/dt| = λ Ν και ονομάζεται ενεργότητα του ραδιενεργού δείγματος. Η ενεργότητα, συνεπώς εκφράζει το ρυθμό διασπάσεων του δείγματος. Μονάδα ενεργότητας στο S.I. είναι το Becquerel όπου 1Bq είναι διάσπαση ανά 1s. H σταθερά λ έχει μεγάλη τιμή για ραδιενεργούς πυρήνες που διασπώνται γρήγορα και μικρή για τους πυρήνες που διασπώνται αργά.  Το Βq είναι προφανώς μικρή μονάδα και γι’ αυτό χρησιμοποιούνται πολλαπλάσιά του όπως το kBq = 103 Bq, το MBq = 106 Bq και το TBq = 1012 Bq. Παλαιότερη μονάδα ενεργότητας, η οποία όμως συνεχίζει να χρησιμοποιείται, είναι το Curie (σύμβολο Ci). Το Ci είναι προφανώς μεγάλη μονάδα και γι’ αυτό χρησιμοποιούνται τα υποπολλαπλάσιά του : 1mCi = 10-3 Ci και 1μCi= 10-6 Ci. Η ενεργότητα μιας ποσότητας υλικού εκφρασμένη σε Ci ή Bq δίνει το συνολικό ρυθμό διασπάσεων, δεν περιέχει όμως καμιά πληροφορία σχετικά με το είδος ακτινοβολιών που εκπέμπονται ή τις πιθανές βιολογικές, ή άλλες, επιπτώσεις. Χρόνος υποδιπλασιασμού ή χρόνος ημιζωής Τ1/2 Είναι ο χρόνος που απαιτείται ώστε το πλήθος των ραδιενεργών πυρήνων που θα έχουν απομείνει να είναι ίσο με το μισό του αρχικού πλήθους των αδιάσπαστων πυρήνων Ν0. Ισχύει ότι: ln2 0.693 Τ1 2 = = λ λ Στην πραγματικότητα, οι τιμές του Τ1/2 καλύπτουν μια τεράστια περιοχή τιμών : από χρόνους μικρότερους από 10-20 s για ιδιαίτερα βραχύβιες περιπτώσεις έως χρόνους μεγαλύτερους από 1012 χρόνια. Για κάθε ισότοπο είναι σταθερός και δεν επηρεάζεται από κανένα χημικό ή φυσικό παράγοντα. Βιολογική ημιζωή Τ΄1/2 Ως βιολογική ημιζωή ορίζεται ο χρόνος που χρειάζεται το ανθρώπινο σώμα για να απαλείψει μισό από το ραδιενεργό υλικό που εισήχθη σε αυτό. Πχ η βιολογική ημιζωή του Στρόντιου-90 είναι 50 έτη ενώ ο χρόνος υποδιπλασιασμού του είναι 27 έτη. Πυρηνική σχάση Ως πυρηνική σχάση ορίζεται το φαινόμενο κατά το οποίο ένας βαρύς πυρήνας διασπάται σε δύο μικρότερους πυρήνες. Σε κάθε σχάση υπάρχουν πολλοί πυρήνες που υπακούουν στην αρχή διατήρησης της μάζας, του φορτίου και του συνολικού αριθμού νουκλεονίων και επομένως τα προϊόντα της σχάσης μπορεί να είναι πολλοί συνδυασμοί πυρήνων. Κατά τη σχάση προκύπτουν συνήθως δύο ή τρία νετρόνια και κατά μέσο όρο έχει υπολογιστεί ότι απελευθερώνονται 2,47 νετρόνια ανά σχάση. Τα θραύσματα σχάσης και τα νετρόνια αποκτούν πολύ μεγάλη κινητική ενέργεια όταν συντελεστεί η σχάση.  Οι αλληλεπιδράσεις των νετρονίων με την ύλη είναι τελείως διαφορετικές από εκείνες των φορτισμένων σωματιδίων ή των φωτονιακών ακτινοβολιών. Τα νετρόνια επειδή δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, δεν υφίστανται δυνάμεις Coulomb όταν περνούν μέσα από τα ηλεκτρικά πεδία των πυρήνων ή των περιφερειακών ηλεκτρονίων των ατόμων της ύλης. Τα νετρόνια αλληλεπιδρούν με τους πυρήνες των ατόμων της ύλης, μόνο όταν πέσουν επάνω τους, ή όταν περάσουν πολύ κοντά τους (σε ακτίνα περίπου 10-13cm), έτσι ώστε να βρεθούν μέσα στην ακτίνα δράσεων των πυρηνικών δυνάμεων. Οι εμβέλειες των νετρονίων κατά την αλληλεπίδραση τους με την ύλη είναι μεγαλύτερες από εκείνες των φορτισμένων σωματιδίων με παρόμοιες ή πολύ μεγαλύτερες ενέργειες.  Η πιθανότητα (μικροσκοπική ενεργός διατομή) πυρηνικής αντίδρασης νετρονίου με ορισμένο πυρήνα εξαρτάται από την ενέργεια του νετρονίου. Μπορεί κανείς να πει ότι από την ενέργεια του νετρονίου εξαρτάται, ή καθορίζεται με κάποια πιθανότητα, το είδος της πυρηνικής αντίδρασης που θα πραγματοποιηθεί με ορισμένο πυρήνα, και αυτό γιατί αν μπορούν να πραγματοποιηθούν περισσότερες από μία πυρηνικές αντιδράσεις για κάποια τιμή της ενέργειας του νετρονίου, είναι πιθανότερο να πραγματοποιηθεί εκείνη, για την οποία η αντίστοιχη μικροσκοπική ενεργός διατομή παρουσιάζει τη μεγαλύτερη τιμή από τις άλλες.  Για αρκετά μεγάλου εύρους περιοχές ενέργειας των νετρονίων, τα χαρακτηριστικά των μηχανισμών αλληλεπίδρασης με ορισμένου είδους πυρήνες δεν μεταβάλλονται. Για το λόγο αυτό το ενεργειακό φάσμα των νετρονίων διαχωρίζεται χονδρικά σε (5?) περιοχές και τα νετρόνια χαρακτηρίζονται αντίστοιχα ως:  Ρυθμός αντιδράσεων Αν υ είναι μέτρο της ταχύτητας των νετρονίων, n είναι ο αριθμός αυτών ανά cm3 και Ν ο αριθμός πυρήνων ανά cm3, ο ρυθμός αντιδράσεων είναι ανάλογος των n, N, υ R~ υ n N Γράφοντας την παραπάνω αναλογία σαν ισότητα έχουμε: R=σ*N*υ*n όπου ο συντελεστής αναλογίας σ έχει διαστάσεις επιφάνειας και ονομάζεται μικροσκοπική διατομή του συγκεκριμένου νουκλιδίου, με νετρόνια της συγκεκριμένης ενέργειας, για τη συγκεκριμένη αντίδραση. Η σ είναι χαρακτηριστική του νουκλιδίου στο οποίο αναφέρεται η αντίδραση και εξαρτάται από την ενέργεια των νετρονίων.  Ο συνηθέστερος συμβολισμός των μικροσκοπικών διατομών για τα διάφορα είδη αντιδράσεων είναι σe : ελαστική σκέδαση σi : ανελαστική σκέδαση σs = σe + σi : σκέδαση (ελαστική και ανελαστική) σf : σχάση σγ : ραδιενεργός ενσωμάτωση νετρονίου  Αν ενδιαφερόμαστε για το ρυθμό αντιδράσεων με νετρόνια, ανεξάρτητα από το είδος των αντιδράσεων, πρέπει να χρησιμοποιηθεί η συνολική μικροσκοπική διατομή σt. σt = σs + σf + σγ Μονάδα μέτρησης των μικροσκοπικών διατομών αντιδράσεων είναι το barn, όπου: 1 barn = 10-24 cm2 Το μέγεθος, Σ=Ν*σ ονομάζεται μακροσκοπική διατομή της αντίδρασης και του νουκλιδίου στα οποία αναφέρεται η σ. Μολονότι ότι έχει διαστάσεις αντιστρόφου μήκους (cm)-1 χαρακτηρίζεται ως διατομή. Το μέγεθος Φ=n*υ έχει μονάδες νετρόνια ανά cm2 και ανά s, και ονομάζεται ροή νετρονίων. Με τον ορισμό αυτό ο ρυθμός αντιδράσεων γράφεται: R=Φ*Σ Οι δυνατές πυρηνικές αντιδράσεις των νετρονίων είναι οι ακόλουθες: Ελαστική σκέδαση νετρονίου – πυρήνα (n, n) Ως ελαστική σκέδαση νετρονίου με πυρήνα χαρακτηρίζεται η πυρηνική αντίδραση κατά την οποία διατηρούνται η κινητική ενέργεια και η ορμή του συστήματος νετρονίου – πυρήνα. Η πυρηνική αυτή αντίδραση μπορεί να πραγματοποιηθεί κατά δύο τρόπους είτε με σχηματισμό σύνθετου πυρήνα οπότε η σκέδαση χαρακτηρίζεται ως σύνθετη ελαστική σκέδαση είτε χωρίς σχηματισμό σύνθετου πυρήνα οπότε χαρακτηρίζεται ως δυναμική ελαστική σκέδαση.  Κατά τη σύνθετη ελαστική σκέδαση θεωρείται ότι το νετρόνιο απορροφάται από τον πυρήνα, οπότε δημιουργείται προσωρινά ένας νέος πυρήνας σε κατάσταση διέγερσης. Ο νέος αυτός πυρήνας αποδιεγειρόμενος εκπέμπει ένα νετρόνιο, μεταβαίνοντας έτσι στην αρχική του (μη διεγερμένη) κατάσταση Recoiling Nucleus Incoming Nucleus Neutron, Eo Neutron, E’ Δυναμική ελαστική σκέδαση Στο μηχανισμό αυτό το νετρόνιο πλησιάζει τον πυρήνα χωρίς να εισχωρεί σε αυτόν αλλά πραγματοποιείται μεταξύ τους ένα είδος ελαστικής σκέδασης όπου το νετρόνιο χάνει ένα ποσοστό της κινητικής του ενέργειας. Μη ελαστική σκέδαση νετρονίου – πυρήνα (n, n΄) Ως μη ελαστική σκέδαση – νετρονίου πυρήνα χαρακτηρίζεται η πυρηνική αντίδραση κατά την οποία το νετρόνιο ενσωματώνεται στον πυρήνα, ο σύνθετος πυρήνας αποδιεγείρεται μερικά με εκπομπή νετρονίου και ο πυρήνας που απομένει βρίσκεται ακόμα σε διεγερμένη κατάσταση. Ο διεγερμένος αυτός πυρήνας αποδιεγείρεται στη συνέχεια με εκπομπή ενός ή περισσοτέρων φωτονίων. Η αποδιέγερση πραγματοποιείται σχεδόν αμέσως μετά την εκπομπή του νετρονίου από το σύνθετο πυρήνα. Η κινητική ενέργεια του συστήματος μετά τη σύγκρουση είναι μικρότερη αυτής πριν τη σύγκρουση. Μη ελαστική σκέδαση νετρονίου – πυρήνα (n, n΄) -ray Incoming Nucleus Neutron Emitted Neutron Απορρόφηση νετρονίων Αντιδράσεις απορρόφησης είναι εκείνες που έχουν σαν αποτέλεσμα την εξαφάνιση των νετρονίων και την εμφάνιση σύνθετου διεγερμένου πυρήνα ο οποίος με την αποδιέγερση του μπορεί να εκπέμψει είτε φορτισμένα σωματίδια, είτε ακτινοβολία –γ, είτε ακόμη και να σχασθεί. Αν ο σύνθετος πυρήνας που δημιουργείται κατά την ενσωμάτωση νετρονίου, αποδιεγερθεί με εκπομπή ενός ή περισσοτέρων φωτονίων χωρίς εκπομπή σωματιδίου τότε, η πυρηνική αντίδραση χαρακτηρίζεται ως ραδιενεργή ενσωμάτωση (n, γ). Η αντίδραση αυτή παρουσιάζει μεγάλη πιθανότητα πραγματοποίησης, όταν τα νετρόνια είναι χαμηλής κινητικής ενέργειας (