Por Nick Touran, Ph. D.
El moderador de un reactor nuclear es una sustancia que ralentiza los neutrones. En los reactores nucleares tradicionales, el moderador es lo mismo que el refrigerante: ¡es agua! Cuando los neutrones rápidos golpean los átomos de hidrógeno en H2O, se ralentizan mucho (como una bola de billar que golpea a otra). Hay otros buenos moderadores como grafito, berilio y más.
¿Por qué moderado?
Cuando un neutrón entrante hace que el núcleo de un átomo se divida, otros neutrones se liberan a muy alta velocidad. Si al menos uno (en promedio) de estos neutrones puede causar la división de otro átomo de combustible, es posible una reacción en cadena sostenida. Como sucede, los átomos de combustible (como el uranio) son más propensos a absorber un zumbido de neutrones si va lento (consulte la Figura 1). Por lo tanto, muchos diseños de reactores utilizan moderadores para hacer que una reacción en cadena sea más fácil de lograr.
Figura 1 La probabilidad de dividir un núcleo U235 vs. la energía del neutrón entrante. Fíjate cuánto más probable es la fisión para neutrones más lentos. Observe también la escala logarítmica.
Elegir un material moderador
Algunos materiales son mejores para ralentizar neutrones que otros. Las leyes de conservación de energía y de impulso explican que un neutrón (masa 1) no puede ralentizarse mucho después de una colisión con un núcleo pesado, como un átomo de combustible (masa 235). Sin embargo, en una colisión con hidrógeno (masa 1), un neutrón de hecho puede disminuir la velocidad muy lejos. Imagina una pelota de ping-pong rebotando en una pelota de bolos, en lugar de que la misma pelota de ping-pong choque con otra pelota de ping-pong. Claramente, la pelota de ping-pong hará un mejor trabajo para ralentizar las cosas. Entonces, ¿qué material tiene muchos elementos ligeros como el hidrógeno y será un buen moderador? El viejo H2O hace el truco, dando el nombre a los reactores de agua ligera.
¿Por qué tener grupos de moderador y de combustible separados?
Puedes mezclar el moderador y el combustible, pero es mucho mejor mantenerlos separados. Los neutrones pueden ser absorbidos parasitariamente por el combustible, ya que se ralentizan en reacciones que compiten con la fisión. Así que si puedes tener un movimiento rápido de neutrones en el moderador donde se ralentizará «en paz», es decir, donde no hay absorbedores de neutrones fuertes, y luego hacer que vuelva a entrar en el combustible como un neutrón lento donde la probabilidad de fisión es extremadamente alta, entonces será más fácil hacer que tu reacción en cadena funcione. Este hecho fue requerido en el primer reactor, el CP-1, que usaba uranio natural porque no había uranio enriquecido a principios de la década de 1940.
Lo que es un térmico vs. Reactor rápido?
Los neutrones térmicos tienen moderadores que permiten que muchos neutrones disminuyan su velocidad a energías térmicas (es decir, la velocidad a la que los átomos vibran en los materiales circundantes debido a su temperatura), mientras que los reactores rápidos no tienen un moderador y sus neutrones permanecen a altas energías (es decir, se mueven rápido).
- Reactores rápidos
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