av Nick Touran, Ph. D.
moderatorn för en kärnreaktor är ett ämne som saktar ner neutroner. I traditionella kärnreaktorer är moderatorn samma sak som kylvätskan: det är vatten! När snabba neutroner träffar väteatomerna i H2O, saktar de mycket (som en biljardboll som slår en annan). Det finns andra bra moderatorer som grafit, beryllium och mer.
varför måttlig?
när en inkommande neutron får kärnan i en atom att splittras frigörs andra neutroner med mycket hög hastighet. Om minst en (i genomsnitt) av dessa neutroner kan göras för att orsaka splittring av en annan bränsleatom, är en långvarig kedjereaktion möjlig. När det händer är bränsleatomer (som uran) mer benägna att absorbera en neutron som whizzing av om det går långsamt (se Figur 1). Så många reaktordesigner använder moderatorer för att göra en kedjereaktion lättare att uppnå.
Figur 1 sannolikheten dela en U235 kärna vs. energin hos den inkommande neutronen. Lägg märke till hur mycket mer sannolikt fission är för långsammare neutroner. Observera också logaritmisk skala.
välja ett moderatormaterial
vissa material är bättre på att sakta ner neutroner än andra. Bevarande av energi-och momentumlagar förklarar att en neutron (massa 1) inte kan sakta ner mycket efter en kollision med en tung kärna, som en bränsleatom (massa 235). Men i en kollision med väte (massa 1) kan en neutron faktiskt sakta ner mycket långt. Föreställ dig en ping-pong boll studsar en bowlingklot, i motsats till samma ping-pong boll kolliderar med en annan ping-pong boll. Klart, ping-pong bollen kommer att göra ett bättre jobb med att sakta ner saker. Så vilket material har många ljuselement som väte i det och kommer att göra en bra moderator? Bra gamla H2O gör tricket och ger namnet till ljusvattenreaktorer.
Varför har separata moderator och bränsle klumpar?
du kan blanda din moderator och bränsle tillsammans, men det är mycket bättre att hålla dem åtskilda. Neutroner kan parasitiskt absorberas av bränsle eftersom de saktar ner i reaktioner som konkurrerar med fission. Så om du kan få en snabb neutron att flytta in i moderatorn där det kommer att sakta ner ”i fred”, dvs där det inte finns några starka neutronabsorbenter, och sedan få det att komma in i bränslet som en långsam neutron där sannolikheten för fission är extremt hög, då blir det lättare att få din kedjereaktion att fungera. Detta faktum krävdes i den första reaktorn, CP-1, som använde naturligt uran eftersom det inte fanns något anrikat uran tillbaka i början av 1940-talet.
Vad är en termisk vs. Snabb reaktor?
termiska neutroner har moderatorer som tillåter många neutroner att sakta ner till termiska energier (dvs. hastigheten som atomer vibrerar i de omgivande materialen på grund av deras temperatur) medan snabba reaktorer inte har en moderator och deras neutroner stannar vid höga energier (dvs. de rör sig snabbt).
- Snabba Reaktorer
- Utvärderad Kärndatafil 7