Moderator neutrona

U nuklearnom inženjeringu, moderator neutrona je sredina koja smanjuje brzinu brzih neutrona. Na taj način dobijaju se termalni neutroni koji su sposobni da iniciraju i održavaju nuklearnu lančanu reakciju. Obično moderator sadrži deutrerijum (u obliku teške vode), vodonik (u slučaju obične vode) i grafit. Berilijum se takođe nekada koristi, a moguća je upotreba i ugljenih hidrata.

Objašnjenje

U termalnom nuklearnom reaktoru, jezgro teških elemenata, kao što je uranijum, apsorbuje spore, termalne neutrone (energija od 0,002 eV do 0,5 eV), atom uranijuma postaje zatim nestabilan i raspada se na dva atoma, koji se nazivaju produkti fisije odnosno raspadanja. Kada dođe do fisije uranijuma, rezultat reakcije su obično dva nova atoma, fisiona produkta, zatim nekoliko(2-3) brzih neutrona, i određena količina enegije koja se manifestuje kao kinetička energija produkta reakcije. Verovatnoća da dođe do nastanka lančane reakcije direktno zavisi od brzine tj. energije oslobođenih neutrona. Brzi neutroni mnogo ređe i teže dovode do fisije uranijuma 235, zato se moraju usporiti a time im se smanjuje i energija. Time se povećava verovatnoća da dođe do fisije na atomima uranijuma i da se uspostavi lančana reakcija.

Dobar moderator neutrona je materijal lakih elemenata koji dobro ne apsorbuju neutrone. Neutroni se znači sudaraju sa atomima moderatora i jednostavno se odbijaju. U ovom sudaru neutron gubi deo svoje energije. Nakon mnogo ovakvih sudara, brzina neutrona se značajno smanji i rezultat je termalni neutron, koji dalje lako inicira fisiju na uranijumu 235. Kada se govori o brzim reaktorima, jasno je da koriste brze neutrone, i s obzirom da se ne moraju usporavati, ovi reaktori nemaju moderator.

U svim reaktorima koji imaju moderator neutrona, dolazi do fisije koju su inicirali neutroni različitih energija tj. brzina, pa i pomoću brzih neutrona. Ali važno je reći da su neki reaktori više termalizovani, primer je reaktor tipa KANDU, gde su skoro svi fisioni neutroni potpuno termalizovani, s obzirom da je moderator teška voda. U reaktorima sa vodom pod pritiskom veliki deo neutrona koji inicira fisiju je brza.

Način na koji je moderator raspodeljen u jezgru reaktora može znatno da utiče na cenu i sigurnost samog reaktora.

Materijal

• Vodonik, kao sastavni deo obične vode, je jedan od najčešćih moderatora. Reaktori koji koriste ovaj tip moderatora moraju da imaju obogaćeni uranijum kao gorivo.
• Deuterijum, u obliku teške vode, koristi se u reaktoru tipa KANDU. Reaktori koji imaju ovaj moderator mogu da koriste neobogaćeni uranijum.
• Ugljenik, u obliku štapova od grafita, koristi se u RBMK reaktorima.
• Berilijum, u obliku metala. Berilijum je veoma skup i otrovan, pa je njegova upotreba ograničena.