de Nick Touran, Ph.D.
moderatorul unui reactor nuclear este o substanță care încetinește neutronii. În reactoarele nucleare tradiționale, moderatorul este același lucru cu lichidul de răcire: este apă! Când neutronii rapizi lovesc atomii de hidrogen din H2O, ei încetinesc foarte mult (ca o minge de biliard lovind alta). Există și alți moderatori buni, cum ar fi grafitul, beriliul și multe altele.
de ce moderat?
când un neutron care intră determină divizarea nucleului unui atom, alți neutroni sunt eliberați la viteză foarte mare. Dacă cel puțin unul (în medie) dintre acești neutroni poate fi făcut să provoace divizarea unui alt atom de combustibil, este posibilă o reacție în lanț susținută. Așa cum se întâmplă, atomii de combustibil (cum ar fi uraniul) sunt mai predispuși să absoarbă un neutron care se mișcă dacă merge lent (vezi Figura 1). Deci, multe modele de reactoare folosesc moderatori pentru a face o reacție în lanț mai ușor de atins.
Figura 1 probabilitatea de divizare a nucleului U235 vs. energia neutronului care intră. Observați cât de probabilă este fisiunea pentru neutronii mai lenți. De asemenea, rețineți scara logaritmică.
alegerea unui material moderator
unele materiale sunt mai bune la încetinirea neutronilor decât altele. Legile de conservare a energiei și a impulsului explică faptul că un neutron (masa 1) nu poate încetini mult după o coliziune cu un nucleu greu, ca un atom de combustibil (masa 235). Cu toate acestea, într-o coliziune cu hidrogen (masa 1), un neutron poate încetini foarte mult. Imaginați-vă o minge de ping-pong care cade de pe o minge de bowling, spre deosebire de aceeași minge de ping-pong care se ciocnește cu o altă minge de ping-pong. În mod clar, mingea de ping-pong va face o treabă mai bună de a încetini lucrurile. Deci, ce material are o mulțime de elemente ușoare precum hidrogenul în el și va face un bun moderator? Bunul H2O vechi face trucul, dând numele reactoarelor cu apă ușoară.
de ce au moderator separat și bulgări de combustibil?
puteți amesteca moderatorul și combustibilul împreună, dar este mult mai bine să le păstrați separate. Neutronii pot fi absorbiți parazitar de combustibil, deoarece încetinesc în reacțiile care concurează cu fisiunea. Deci, dacă puteți avea o mișcare rapidă a neutronilor în moderator, unde va încetini” în pace”, adică acolo unde nu există absorbanți puternici de neutroni și apoi îl puteți reintroduce în combustibil ca un neutron lent, unde probabilitatea de fisiune este extrem de mare, atunci va fi mai ușor să faceți reacția în lanț să funcționeze. Acest fapt a fost necesar în primul reactor, CP-1, care a folosit uraniu natural, deoarece nu a existat uraniu îmbogățit la începutul anilor 1940.
ce este un termic vs. Reactor rapid?
neutronii termici au moderatori care permit multor neutroni să încetinească până la energiile termice (adică viteza cu care atomii vibrează în materialele din jur datorită temperaturii lor), în timp ce reactoarele rapide nu au un moderator și neutronii lor rămân la energii mari (adică se mișcă repede).
- Reactoare Rapide
- Fișier De Date Nucleare Evaluat 7