by Nick Touran, Ph. D.
moderator reaktora jądrowego jest substancją, która spowalnia neutrony. W tradycyjnych reaktorach jądrowych moderator jest tym samym, co chłodziwo: to woda! Kiedy szybkie neutrony uderzają w atomy wodoru w H2O, znacznie zwalniają (jak bilard uderzający w inny). Są inni dobrzy moderatorzy, tacy jak graphite, beryl i inni.
dlaczego moderować?
kiedy przychodzący neutron powoduje rozpad jądra atomu, inne neutrony są uwalniane z bardzo dużą prędkością. Jeśli przynajmniej jeden (średnio) z tych neutronów może spowodować rozszczepienie innego atomu paliwa, możliwa jest długotrwała reakcja łańcuchowa. Jak to się dzieje, Atomy paliwa (jak uran) są bardziej prawdopodobne, aby wchłonąć Neutron wirujący przez jeśli idzie powoli (patrz rysunek 1). Tak więc wiele projektów reaktorów używa moderatorów, aby ułatwić osiągnięcie reakcji łańcuchowej.
ryc. 1 prawdopodobieństwo rozszczepienia jądra U235 vs. energia nadchodzącego neutronu. Zauważ, jak dużo bardziej prawdopodobne jest rozszczepienie dla wolniejszych neutronów. Zwróć również uwagę na skalę logarytmiczną.
wybór materiału moderatora
niektóre materiały są lepsze w spowalnianiu neutronów niż inne. Zachowanie praw energii i pędu wyjaśnia, że neutron (Masa 1) nie może znacznie zwolnić po zderzeniu z ciężkim jądrem, jak atom paliwa (masa 235). Jednak w zderzeniu z wodorem (Masa 1) neutron może w rzeczywistości spowolnić bardzo daleko. Wyobraź sobie piłkę pingpongową odbijającą się od kuli do kręgli, w przeciwieństwie do tej samej piłki pingpongowej zderzającej się z inną piłką pingpongową. Oczywiście, piłka do ping-ponga będzie lepiej spowalniać rzeczy. Więc jaki materiał ma dużo lekkich pierwiastków, takich jak wodór i będzie dobrym moderatorem? Stare dobre H2O robi sztuczkę, nadając nazwę reaktorom wodnym.
po co oddzielny moderator i bryły paliwa?
mógłbyś wymieszać moderatora i paliwo razem, ale o wiele lepiej trzymać je osobno. Neutrony mogą być pasożytniczo absorbowane przez paliwo, ponieważ ulegają spowolnieniu w reakcjach konkurujących z rozszczepieniem. Jeśli więc można szybko przenieść neutron do moderatora, gdzie spowolni „w spokoju”, tzn. gdzie nie ma silnych absorberów neutronów, a następnie ponownie wprowadzić go do paliwa jako powolny neutron, gdzie prawdopodobieństwo rozszczepienia jest bardzo wysokie, wtedy łatwiej będzie uruchomić reakcję łańcuchową. Fakt ten był wymagany w pierwszym reaktorze, CP-1, który wykorzystywał naturalny uran, ponieważ na początku lat 40. nie było wzbogaconego uranu.
Co To jest termiczny vs. Szybki reaktor?
neutrony termiczne mają moderatory, które pozwalają wielu neutronom spowalniać do energii termicznej (tj. prędkości, w której Atomy wibrują w otaczających materiałach ze względu na ich temperaturę), podczas gdy szybkie Reaktory nie mają moderatora, a ich neutrony pozostają przy wysokich energiach (tj. poruszają się szybko).
- Szybkie Reaktory