40 просмотров

Нейтронный модератор

Нейтронные модераторы — это тип материала в ядерном реакторе, который работает для замедления быстрых нейтронов (вырабатываемых расщеплением атомов в делящихся соединениях, таких как уран-235), чтобы сделать их более эффективными в цепной реакции деления. Это замедление или замедление нейтронов позволяет им легче поглощаться делящимися ядрами, создавая больше событий деления (см. Рисунок 1).

Материалы, используемые для модерации, должны иметь очень специфический набор свойств. Во-первых, замедлитель не может сам поглощать нейтроны. Это означает, что модератор должен иметь низкий сечение поглощения нейтронов. Однако замедлитель должен уметь замедлять нейтроны до приемлемой скорости. Таким образом, в идеальном замедлителе сечение рассеяния нейтронов велико. [1] Это рассеяние нейтронов является мерой вероятности взаимодействия нейтрона с атомом замедлителя. Если столкновения между нейтронами и ядрами являются упругими столкновениями, это означает, что чем ближе по размеру ядро ​​атома к нейтрону, тем больше нейтрон будет замедлен. По этой причине более легкие элементы, как правило, являются более эффективными замедлителями. [1] В приведенной ниже таблице показано, что обычные замедлители имеют низкое сечение поглощения нейтронов, но сравнительно большое сечение рассеяния нейтронов.

Рисунок 1. Когда медленный нейтрон сталкивается с делящимся материалом, таким как уран-235, он производит быстрые нейтроны.Затем замедлитель замедлит эти быстрые нейтроны и произведет больше медленных нейтронов, чтобы продолжить цепную ядерную реакцию. Когда этот процесс повторяется, делящиеся события каждый раз удваиваются. [2]

Статья в тему:  Каков общий КПД атомной электростанции?
Свойства обычных замедлителей нейтронов [3]

Крест рассеяния нейтронов
сечение (σс) в сараях
Крест поглощения нейтронов
сечение (σс) в сараях
Легкая вода (Н2О)490.66
Тяжелая вода (Д2О)10.60.0013
Графит (С)4.70.0035

Типы модерируемых материалов

Существует несколько различных типов смягчающих материалов, и у каждого из них есть места, где они используются более эффективно. Обычно используемые замедлители включают тяжелую воду, легкую воду и графит. Относительные свойства этих материалов сравниваются ниже. Модераторы различаются по своим модераторским способностям, а также по их стоимости.

Легкая вода

Легкая вода (такая же, как обычная вода) используется во многих реакторах, так как содержит большое количество водорода. Водород хорошо работает как замедлитель нейтронов, потому что его масса почти идентична массе нейтрона. Это означает, что одно столкновение значительно уменьшит скорость нейтрона из-за законов сохранения энергии и импульса. [1] Кроме того, легкая вода имеется в изобилии и относительно недорога. Одним из недостатков является то, что водород имеет относительно высокое сечение поглощения нейтронов из-за его способности образовывать дейтерий. Таким образом, легкую воду можно использовать в качестве замедлителя только вместе с обогащенным топливом. Реакторы, использующие легкую воду, известны как легководные реакторы и включают реактор с водой под давлением (PWR), реактор с кипящей водой (BWR) и реактор с водяным охлаждением в сверхкритическом состоянии (SCWR).

Статья в тему:  Сколько всего ядерных отходов существует во всем мире

Тяжелая вода

Тяжелая вода используется в реакторах, потому что ее преимущества аналогичны легкой воде, но, поскольку она содержит атомы дейтерия, ее сечение поглощения нейтронов намного ниже. [1] Основным недостатком использования тяжелой воды является ее высокая стоимость производства, поскольку она производится с использованием процесса Girder-Sulfide.Реакторы, в которых используется тяжелая вода, включают конструкции CANDU и тяжеловодный реактор под давлением.

графит

Графит был популярным модератором в прошлом, однако у него есть один недостаток: он должен быть очень чистым, чтобы быть эффективным. Однако графит можно изготовить искусственно с использованием электродов из бора, поскольку бор является очень хорошим поглотителем нейтронов — небольшое количество загрязнения сделает графит неэффективным замедлителем. [1] Одним из преимуществ графита является то, что даже при высокой чистоте, необходимой для хорошей работы графита, он доступен по довольно низкой цене. [4] Кроме того, графит является хорошим замедлителем, поскольку он термически стабилен и хорошо проводит тепло. Однако при высоких температурах графит может реагировать с кислородом и углекислым газом в реакторе, что снижает его эффективность. Другой потенциальной проблемой использования графита в качестве замедлителя является его способность окисляться в присутствии воздуха, а также его низкая прочность и плотность, которые могут привести к изменению его размеров в реакторе. [4]

Реакторы, в которых используется графитовый замедлитель, включают РБМК, реакторы с галечным слоем и реактор Magnox.

Статья в тему:  Как Хэл помогает убирать ядерные отходы

Альтернативы

Ядерные реакторы могут быть тепловой или же быстро. В настоящее время почти все действующие реакторы являются тепловыми и поэтому требуют замедлителя для замедления быстрых нейтронов до теплового уровня, чтобы могло продолжаться деление ядер. [5] Однако в быстрых реакторах замедлитель не нужен, и нейтроны внутри него движутся гораздо быстрее. Быстрые реакторы выгодны, поскольку они повышают устойчивость ядерной энергетики. Это связано с тем, что они способны получать больше нейтронов из своего топлива, могут превращать ядерные отходы в продукты, которые распадаются быстрее, и они лучше реагируют на потенциально катастрофические отказы оборудования. Однако они дороже и довольно легко перегреваются. [5]

Для дальнейшего чтения

  • деление
  • нейтрон
  • Ядерного реактора
  • Цепная ядерная реакция
  • Реактор с водой под давлением
  • Быстрые реакторы
  • Или изучить случайную страницу

использованная литература

  1. ↑ 1.01.11.21.31.4 Кембриджский университет. (3 июля 2015 г.). Модераторы [Онлайн]. Доступно: http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/nuclear_materials/moderators.php
  2. ↑ Сделано внутри компании членом группы Energy Education.
  3. ↑ Дж. К. Брайан, Введение в ядерную науку, Бока-Ратон, CRC Press, 2009, с. 161.
  4. ↑ 4.04.1 Неха Трипати. (6 июля 2015 г.). Свойства модераторов [Онлайн]. Доступно: http://www.ehow.com/info_8081358_properties-moderators-nuclear-reactors.html
  5. ↑ 5.05.1 Что такое ядерное оружие? (6 июля 2015 г.). Быстрый реактор [Онлайн]. Доступно: http://www.whatisnuclear.com/articles/fast_reactor.html
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x