Katso myös: Nuclear reactor physics, ydinfissio, ja Raskas vesi

– Tässä kohdassa ei mainita mitään lähteitä. Auta parantamaan tätä osiota lisäämällä sitaatteja luotettaviin lähteisiin. Käsittelemätön materiaali voidaan asettaa kyseenalaiseksi ja poistaa., (Toukokuu 2015) (Oppia, miten ja milloin poistaa tämä malli viesti)

avain säilyttää ydin-ketjureaktion sisällä ydinreaktori on käyttää keskimäärin täsmälleen yksi neutronien julkaisi kunkin ydinfissio tapahtuma edistää toisen ydinfissio tapahtuma (toisessa halkeamiskelpoista ydin). Huolellinen suunnittelu reaktorin geometria, ja huolellinen valvonta aineita niin kuin vaikuttaa reaktiivisuus, omavaraista ketjureaktion tai ”kriittisyys” voidaan saavuttaa ja säilyttää.,

Luonnon uraani koostuu sekoitus eri isotooppeja, lähinnä 238U ja paljon pienempi määrä (noin 0.72% painosta), 235U. 238U voi olla vain fissioned, joita neutronit, jotka ovat suhteellisen energinen, noin 1 MeV tai suurempi. Mitään 238U: n määrää ei voida tehdä ”kriittiseksi”, koska sillä on taipumus absorboida parasiittisesti enemmän neutroneja kuin se vapauttaa fissioprosessissa. 235U taas voi tukea itsestään kestävää ketjureaktiota, mutta 235U: n vähäisen luonnollisen runsauden vuoksi luonnonuraani ei voi saavuttaa kriittisyyttä yksinään.,

temppu saavuttaa kriittisyyden käyttämällä vain luonnollista tai vähän rikastetun uraanin, joka ei ole ”paljas” kriittinen massa, on hidastaa vapautuu neutroneja (ilman imevää niitä) siihen pisteeseen, jossa tarpeeksi, ne voivat aiheuttaa edelleen fissio pieni määrä 235U, joka on saatavilla. (238U, joka on suurin osa luonnonuraanista, on myös fissioitavissa nopeilla neutroneilla.) Tämä edellyttää neutroni moderaattori, joka imee lähes kaikki neutronit’ kineettistä energiaa, hidastaa niitä alas siihen pisteeseen, että ne saavuttavat termisen tasapainotilan ympäröivän materiaalin kanssa., Se on todettu hyödylliseksi neutroni talouden fyysisesti erillään neutronien energia maltillisesti prosessi uraanin polttoaineen itse, kuten 238U on suuri todennäköisyys absorboivat neutroneja väli kineettisen energian tasoilla, reaktio tunnetaan nimellä ”resonanssi” imeytymistä. Tämä on perustavaa laatua oleva syy suunnitella reaktorit, joissa on erilliset kiinteän polttoaineen segmentit moderaattorin ympäröimänä, eikä mikään geometria, joka antaisi homogeenisen yhdistelmän polttoainetta ja moderaattoria.,

Vesi on erinomainen moderaattori; tavallinen vety tai protium atomien vesimolekyylit ovat hyvin lähellä massa yhden neutronin, joten niiden törmäykset johtaa erittäin tehokas siirto vauhtia, samanlainen käsitteellisesti törmäys kahden biljardi pallot. Sen lisäksi, että tavallinen vesi on hyvä Moderaattori, se on kuitenkin myös varsin tehokas absorboimaan neutroneja., Ja niinpä tavallisen veden käyttäminen moderaattorina imee helposti niin paljon neutroneja, että liian vähän jää ylläpitämään ketjureaktiota polttoaineen pienten eristettyjen 235U-ytimien kanssa, mikä estää luonnonuraanin kriittisyyden. Koska tämä, valo-vesi-reaktorin edellyttää, että 235U-isotooppia on keskittynyt uraanin polttoaineen, kuten rikastettua uraania, yleensä välillä 3%: sta 5% 235U paino (sivutuote tästä prosessista rikastus prosessi tunnetaan köyhdytettyä uraania, ja niin joka koostuu pääasiassa 238U, kemiallisesti puhdasta)., Aste rikastamiseen tarvitaan saavuttaa kriittisyyden valo-vesi moderaattori riippuu tarkka geometria ja muut suunnittelun parametrit reaktorin.

yksi tämän lähestymistavan komplikaatio on tarve uraanin rikastuslaitoksille, jotka ovat yleensä kalliita rakentaa ja käyttää. He myös esittää ydinaseiden leviämisen huolenaihe; samoja järjestelmiä käytetään rikastuttaa 235U voidaan käyttää myös tuottaa paljon enemmän ”puhdasta” aseita-luokan materiaali (90% tai enemmän 235U), sopii tuottaa ydinase., Tämä ei ole mitenkään vähäpätöinen harjoitus, mutta sen verran toteutettavissa, että rikastuslaitokset aiheuttavat merkittävän ydinaseiden leviämisen riskin.

vaihtoehtoinen ratkaisu ongelmaan on käyttää moderaattori, joka ei absorboi neutroneja yhtä helposti kuin vesi. Tässä tapauksessa mahdollisesti kaikki neutroneja vapautuu voi olla moderoitu, ja käyttää reaktioita kanssa 235U, jolloin on tarpeeksi 235U luonnon uraani ylläpitää kriittisyyttä. Yksi tällainen moderaattori on raskas vesi eli deuterium-oksidi., Vaikka se reagoi dynaamisesti neutronit muoti samanlainen valo vesi (vaikkakin vähemmän energiaa siirtää keskimäärin, kun otetaan huomioon, että raskas vety, tai deuterium, on noin kaksi kertaa vedyn massa), se jo on ylimääräinen neutroni, että valo vesi yleensä taipumus imeä.