Central nuclear d'Isar, Alemanya

Piscina de combustible nuclear gastat

Turbina d'una central nuclear

Definició de Moderador de neutrons

Definició de Moderador de neutrons

El moderador és un component que forma part dels reactors nuclears. Està situat al nucli del reactor. La funció del moderador és la de reduir la velocitat de les neutrons en les reaccions de fissió nuclear.

Durant les reaccions nuclears de fissió, els neutrons xoquen amb els àtoms fissibles (urani i plutoni) presents en el combustible nuclear provocant la seva fissió. Amb cada reacció de fissió s'alliberen un o dos neutrons a gran velocitat.

L'objectiu per mantenir una reacció de fissió en cadena és que aquests neutrons xoquin contra altres àtoms físsils però a tal velocitat resulta molt difícil. L'objectiu del moderador és reduir aquesta velocitat i, d'aquesta manera, obtenir un millor rendiment del reactor.

Funcionament físic del moderador

Els neutrons, per la seva velocitat, tenen una gran energia cinètica. En trobar amb àtoms del material del moderador, els neutrons xoquen amb aquests àtoms transmetent part de la seva energia cinètica als nuclis dels àtoms del moderador. Els neutrons, en perdre energia cinètica, perden velocitat.

Els materials adequats per a realitzar la funció de moderador són els que posseeixen una massa atòmica baixa per maximitzar l'energia transferida en cada xoc. Generalment es tracta d'hidrogen, deuteri (present en l'aigua pesada) o carboni.

És important que el moderador no absorbeixi els neutrons ja que només volem reduir la velocitat. Per evitar-ho és important que els materials moderadors tinguin una secció eficaç de captura baixa.

En cert moment sí que és necessari poder capturar els neutrons per controlar la reacció en cadena. Per a això s'utilitzen les barres de control.

Moderador del reactor

En un reactor de neutrons tèrmics, el nucli d'un element combustible pesat com l'urani absorbeix un neutró lliure de moviment lent, es torna inestable i després es divideix fissió nuclear) en dos àtoms més petits. El procés de fissió per als nuclis de 235 O produeix dos productes de fissió, dos o tres neutrons lliures que es mouen ràpidament, més una quantitat d'energia que es manifesta principalment en l'energia cinètica dels productes de fissió de retrocés. Els neutrons lliures s'emeten amb una energia cinètica de 2 MeV cadascun. Perquè hi ha més neutrons lliures. S'alliberen d'un esdeveniment de fissió d'urani que els neutrons tèrmics són necessaris per iniciar l'esdeveniment, la reacció pot tornar autosuficient, una reacció en cadena, sota condicions controlades, alliberant així una).

La secció transversal de fissió, és una funció de l'energia (anomenada funció d'excitació) del neutró que topa amb un nucli d'urani-235. La probabilitat de fissió disminueix a mesura que augmenta l'energia cinètica dels neutrons (i la velocitat). Això explica per què la majoria dels reactors alimentats amb urani-35 necessiten un moderador per mantenir una reacció en cadena i per què l'eliminació d'un moderador pot apagar un reactor.

La probabilitat de nous esdeveniments de fissió està determinada per la secció transversal de la fissió, que depèn de la velocitat (energia) dels neutrons incidents. Per als reactors tèrmics, els neutrons d'alta energia en el rang de MeV són molt menys propensos a causar més fissió. Els neutrons ràpids recentment alliberats, que es mouen aproximadament a un 10% de la velocitat de la llum, han de reduir-se o "moderar", en general a velocitats de a uns pocs quilòmetres per segon, si és probable que causin més fissió en els nuclis dels àtoms veïns d'urani-235 i, per tant, continuïn la reacció en cadena. Aquesta velocitat passa a ser equivalent a les temperatures en els pocs centenars de graus Celsius.

En tots els reactors moderats, alguns neutrons de tots els nivells d'energia produiran fissió, inclosos els neutrons ràpids. Alguns reactors estan més termalitzats que altres; per exemple, en un reactor CANDU gairebé totes les reaccions de fissió són produïdes per neutrons tèrmics, mentre que en un reactor d'aigua a pressió (PWR), una part considerable de les fissions són produïdes per neutrons de major energia. En el reactor d'aigua supercrítica (SCWR) refrigerat per aigua proposat, la proporció de fissions ràpida, no cal excedir el 50%, el que tècnicament és un reactor de neutrons ràpid.

Un reactor ràpid no utilitza cap moderador, però es basa en la fissió produïda per neutrons ràpids no moderats per sostenir la reacció en cadena. En alguns dissenys de reactors ràpids, fins al 20% de les fissions poden provenir de la fissió directa amb neutrons ràpids de l'urani-238, un isòtop que no és fissionable amb els neutrons tèrmics.

Els moderadors també s'utilitzen en fonts de neutrons que no són reactors, com el plutoni - beril·li i fonts de espalación.

 

valoración: 3 - votos 6

Última revisió: 19 de desembre de 2018

Tornar