Av Nick Touran, Ph. D.
moderator av en atomreaktor er et stoff som bremser nøytroner ned. I tradisjonelle atomreaktorer er moderatoren det samme som kjølevæsken: det er vann! Når raske nøytroner treffer hydrogenatomer I H2O, senker de mye (som en biljardkule som rammer en annen). Det er andre gode moderatorer som grafitt, beryllium og mer.
hvorfor moderat?
når et innkommende nøytron får kjernen til et atom til å splitte, frigjøres andre nøytroner med svært høy hastighet. Hvis minst ett (i gjennomsnitt) av disse nøytronene kan gjøres for å forårsake splitt et annet drivstoffatom, er det mulig med en vedvarende kjedereaksjon. Som det skjer, er brenselatomer (som uran) mer sannsynlig å absorbere et nøytron som suser av hvis Det går sakte (Se Figur 1). Så, mange reaktordesign bruker moderatorer for å gjøre en kjedereaksjon lettere å oppnå.
Figur 1 sannsynligheten for å splitte en u235-kjerne vs. energien til det innkommende nøytronet. Legg merke til hvor mye mer sannsynlig fisjon er for langsommere nøytroner. Legg også merke til logaritmisk skala.
Velge en moderator materiale
noen materialer er bedre til å bremse ned nøytroner enn andre. Bevaring av energi-og momentumlover forklarer at et nøytron (masse 1) ikke kan bremse mye etter en kollisjon med en tung kjerne, som et drivstoffatom (masse 235). Men i en kollisjon Med Hydrogen (masse 1) kan et nøytron faktisk bremse veldig langt. Tenk deg en ping-pong ball spretter av en bowling ball, i motsetning til den samme ping-pong ball kolliderer med en annen ping-pong ball. Klart, ping-pong ballen vil gjøre en bedre jobb med å bremse ting ned. Så hvilket materiale har mange lyselementer som hydrogen i det og vil gjøre en god moderator? Gode gamle H2O gjør trikset, og gir navnet til lysvannreaktorer.
Hvorfor har separat moderator og drivstoff klumper?
du kan blande moderator og drivstoff sammen, men det er mye bedre å holde dem atskilt. Neutroner kan parasitically absorberes av drivstoff som de er bremse ned i reaksjoner som konkurrerer med fisjon. Så hvis du kan ha en rask nøytron flytte inn i moderator hvor det vil avta «i fred», dvs. der det ikke er sterke nøytronabsorbenter, og deretter har det re-gå inn i drivstoffet som en langsom nøytron der sannsynligheten for fisjon er ekstremt høy, så vil det være lettere å gjøre din kjedereaksjon arbeid. Dette faktum var nødvendig i DEN første reaktoren, CP-1, som brukte naturlig uran fordi det ikke var anriket uran tilbake tidlig på 1940-tallet.
Hva Er En Termisk vs. Rask reaktor?
Termiske nøytroner har moderatorer som tillater mange nøytroner å bremse ned til termiske energier (dvs.hastigheten som atomer vibrerer i de omkringliggende materialene på grunn av deres temperatur) mens raske reaktorer ikke har en moderator og deres nøytroner forblir høye energier (dvs. de beveger seg raskt).
- Raske Reaktorer
- Evaluert Kjernefysisk Datafil 7