af Nick Touran, Ph. D.
moderatoren af en atomreaktor er et stof, der bremser neutroner ned. I traditionelle atomreaktorer er moderatoren det samme som kølevæsken: det er vand! Når hurtige neutroner rammer hydrogenatomerne i H2O, sænker de meget (som en billardkugle, der rammer en anden). Der er andre gode moderatorer som grafit, beryllium og meget mere.
hvorfor moderat?
når en indkommende neutron får kernen i et atom til at splitte, frigives andre neutroner med meget høj hastighed. Hvis mindst en (i gennemsnit) af disse neutroner kan laves for at forårsage split et andet brændstofatom, er en vedvarende kædereaktion mulig. Som det sker, er brændstofatomer (som uran) mere tilbøjelige til at absorbere en neutron, der suser forbi, hvis den går langsomt (se figur 1). Så mange reaktordesign bruger moderatorer til at gøre en kædereaktion lettere at opnå.
Figur 1 sandsynligheden opdele en U235 kerne vs. energien af den indkommende neutron. Bemærk, hvor meget mere sandsynlig fission er for langsommere neutroner. Bemærk også logaritmisk skala.
valg af moderatormateriale
nogle materialer er bedre til at bremse neutroner end andre. Bevarelse af energi-og momentumlove forklarer, at en neutron (masse 1) ikke kan bremse meget efter en kollision med en tung kerne, som et brændstofatom (masse 235). Men i en kollision med Hydrogen (masse 1) kan en neutron faktisk sænke meget langt. Forestil dig en bordtennisbold, der hopper af en bold, i modsætning til den samme bordtennisbold, der kolliderer med en anden bordtennisbold. Det er klart, at bordtennisbolden vil gøre et bedre stykke arbejde med at bremse tingene ned. Så hvilket materiale har mange lette elementer som brint i det og vil gøre en god moderator? Gode gamle H2O gør tricket og giver navnet til lysvandsreaktorer.
Hvorfor har separate moderator og brændstof klumper?
du kan blande din moderator og brændstof sammen, men det er meget bedre at holde dem adskilt. Neutroner kan parasitisk absorberes af brændstof, da de bremser ned i reaktioner, der konkurrerer med fission. Så hvis du kan få en hurtig neutron til at bevæge sig ind i moderatoren, hvor den vil bremse “i fred”, dvs.hvor der ikke er stærke neutronabsorbenter, og så få det til at genindtræde brændstoffet som en langsom neutron, hvor sandsynligheden for fission er ekstremt høj, vil det være lettere at få din kædereaktion til at fungere. Denne kendsgerning var påkrævet i den første reaktor, CP-1, der brugte naturligt uran, fordi der ikke var noget beriget uran tilbage i begyndelsen af 1940 ‘ erne.
Hvad er en termisk vs. Hurtig reaktor?
termiske neutroner har moderatorer, der tillader mange neutroner at bremse ned til termiske energier (dvs.den hastighed, som atomer vibrerer i de omgivende materialer på grund af deres temperatur), mens hurtige reaktorer ikke har en moderator, og deres neutroner forbliver ved høje energier (dvs. de bevæger sig hurtigt).
- Hurtige Reaktorer
- Evalueret Nuklear Datafil 7