írta: Nick Touran, Ph.D.
az atomreaktor moderátora olyan anyag, amely lelassítja a neutronokat. A hagyományos atomreaktorokban a moderátor ugyanaz, mint a hűtőfolyadék: ez víz! Amikor a gyors neutronok megütik a hidrogénatomokat a H-BAN2O, nagyon lelassulnak (mint egy biliárdgolyó, amely megüti a másikat). Vannak más jó moderátorok is, mint a grafit, a berillium stb.
miért mérsékelt?
amikor egy bejövő neutron az atommag hasadását okozza, más neutronok nagyon nagy sebességgel szabadulnak fel. Ha ezen neutronok közül legalább egy (átlagosan) egy másik üzemanyag-atom felosztását okozhatja, tartós láncreakció lehetséges. Amint ez megtörténik, Az üzemanyag-atomok (mint az urán) nagyobb valószínűséggel elnyelik a neutronokat, ha lassan megy (lásd az 1.ábrát). Tehát sok reaktorterv moderátorokat használ, hogy megkönnyítse a láncreakció elérését.
1. ábra az U235 mag hasadásának valószínűsége vs. a bejövő neutron energiája. Figyelje meg, mennyivel valószínűbb a hasadás a lassabb neutronok esetében. Vegye figyelembe a logaritmikus skálát is.
moderátor anyag kiválasztása
egyes anyagok jobban lassítják a neutronokat, mint mások. Az energiamegmaradás és a lendület törvényei megmagyarázzák, hogy egy neutron (1.tömeg) nem lassulhat le sokkal egy nehéz atommaggal való ütközés után, mint egy üzemanyag atom (235. tömeg). A hidrogénnel (1. Tömeg) való ütközés esetén azonban a neutron valójában nagyon lelassulhat. Képzeljen el egy ping-pong labdát, amely visszapattan egy bowling labdáról, szemben azzal, hogy ugyanaz a ping-pong labda ütközik egy másik ping-pong labdával. Nyilvánvaló, hogy a ping-pong labda jobban lelassítja a dolgokat. Tehát milyen anyagban van sok olyan könnyű elem, mint a hidrogén, és jó moderátor lesz? A jó öreg H2O megcsinálja a trükköt, nevet adva a könnyűvizes reaktoroknak.
miért vannak külön moderátorok és üzemanyagcsomók?
keverheted a moderátort és az üzemanyagot, de sokkal jobb, ha külön tartod őket. A neutronok parazitikusan felszívódhatnak az üzemanyag által, mivel lelassulnak a hasadással versengő reakciókban. Tehát, ha gyors neutron mozoghat a moderátorba, ahol “békében” lelassul, azaz ahol nincsenek erős neutronelnyelők, majd lassú neutronként újra beléphet az üzemanyagba, ahol a hasadás valószínűsége rendkívül magas, akkor könnyebb lesz a láncreakció működése. Erre a tényre volt szükség az első reaktorban, a CP-1-ben, amely természetes uránt használt, mert az 1940-es évek elején nem volt dúsított urán.
mi a termikus vs. Gyors reaktor?
a termikus neutronoknak vannak moderátorai, amelyek lehetővé teszik, hogy sok neutron hőenergiává lassuljon (azaz az atomok rezgésének sebessége a környező anyagokban a hőmérsékletük miatt), míg a gyors reaktoroknak nincs moderátoruk, és neutronjaik nagy energián maradnak (azaz gyorsan mozognak).
- Gyorsreaktorok
- Értékelt Nukleáris Adatfájl 7