klíčem k udržení jaderné řetězové reakce v jaderném reaktoru je použít, v průměru, přesně jeden z neutronů se uvolní z každého jaderného štěpení události stimulovat další jaderné štěpení události (v další štěpný jádro). Při pečlivém návrhu geometrie reaktoru a pečlivé kontrole přítomných látek tak, aby ovlivnily reaktivitu, lze dosáhnout a udržet soběstačnou řetězovou reakci nebo“ kritičnost“.,
Přírodní uran se skládá ze směsi různých izotopů, a primárně je 238U a mnohem menší množství (asi 0.72% hmotnostních) 235U. 238U může být pouze fissioned o neutrony, které jsou poměrně aktivní, o 1 MeV nebo výše. Žádné množství 238U nemůže být „kritické“, protože bude mít tendenci paraziticky absorbovat více neutronů, než se uvolňuje procesem štěpení. 235U, na druhé straně, může podporovat self-trvalou řetězovou reakci, ale vzhledem k nízké přirozené hojnosti 235U, přírodní uran nemůže dosáhnout kritičnosti sám o sobě.,
trik k dosažení kritičnosti se používají pouze přírodní nebo slabě obohacený uran, pro které neexistuje žádný „holé“ kritického množství, je zpomalení emitovaných neutronů (bez absorbovat) do bodu, kdy dost z nich mohou způsobit další štěpení jádra v malém množství 235U, který je k dispozici. (238U, což je většina přírodního uranu, je také štěpitelná rychlými neutrony.) To vyžaduje použití neutronový moderátor, který absorbuje prakticky všechny neutrony‘ kinetickou energii, zpomaluje do té míry, že dosáhnou tepelné rovnováhy s okolní materiál., Bylo zjištěno, že prospěšné pro neutronové ekonomiky fyzicky oddělené neutronové energie moderování proces od uranového paliva sám, jako 238U má vysokou pravděpodobnost, že absorbuje neutrony se střední kinetická energie hladiny, reakce, známé jako „rezonance“ absorpce. To je zásadní důvod pro navrhování reaktorů s oddělenou tuhá paliva segmenty, obklopen moderátor, spíše než jakékoli geometrii, která by homogenní směs paliva a moderátor.,
Voda je vynikající moderátor, obyčejný peroxid nebo protium atomů v molekuly vody jsou velmi blízko v hmotnost jednoho neutronu, a tak jejich kolize v důsledku velmi efektivní přenos hybnosti, podobně koncepčně, aby srážka dvou kulečníkových koulí. Nicméně, stejně jako dobrý moderátor, obyčejná voda je také docela účinná při absorpci neutronů., A tak použití obyčejné vody jako moderátora snadno absorbuje tolik neutronů, že je ponecháno příliš málo na to, aby udrželo řetězovou reakci s malými izolovanými jádry 235U v palivu, což brání kritičnosti přírodního uranu. Z tohoto důvodu, lehkovodních reaktorů bude vyžadovat, že izotop 235U být soustředěna v jeho uranové palivo, jako obohacený uran, obvykle mezi 3% až 5% 235U hmotnostních (vedlejší produkt z tohoto procesu obohacování proces je známý jako ochuzený uran, a tak skládající se převážně z 238U, chemicky čistá)., Stupeň obohacení potřebný k dosažení kritičnosti s moderátorem lehké vody závisí na přesné geometrii a dalších konstrukčních parametrech reaktoru.
jednou z komplikací tohoto přístupu je potřeba zařízení na obohacování uranu, která jsou obecně drahá na výstavbu a provoz. Oni také představují šíření jaderných zbraní obavy; stejné systémy používané k obohacení 235U může být také použit k výrobě mnohem více „čisté“ zbraně-kvalitní materiál (90% 235U nebo více), vhodné pro výrobu jaderné zbraně., Nejedná se o triviální cvičení žádným způsobem, ale dostatečně proveditelné, aby obohacovací zařízení představovala významné riziko šíření jaderných zbraní.
alternativním řešením problému je použití moderátora, který neabsorbuje neutrony tak snadno jako voda. V tomto případě mohou být potenciálně všechny uvolněné neutrony moderovány a použity v reakcích s 235U, v takovém případě je v přírodním uranu dostatek 235U k udržení kritičnosti. Jedním z takových moderátorů je těžká voda nebo oxid deuteria., I když to dynamicky reaguje s neutrony v módě podobné lehké vody (byť s menší přenos energie v průměru, vzhledem k tomu, že těžkého vodíku nebo deuteria, o dvojnásobné hmotnosti vodíku), to už má extra neutron, že světlo, voda by obvykle mají tendenci absorbovat.
Napsat komentář