cheia pentru menținerea unei reacții nucleare în lanț într-un reactor nuclear este să folosiți, în medie, exact unul dintre neutronii eliberați din fiecare eveniment de fisiune nucleară pentru a stimula un alt eveniment de fisiune nucleară (într-un alt nucleu fisionabil). Cu o proiectare atentă a geometriei reactorului și un control atent al substanțelor prezente pentru a influența reactivitatea, se poate obține și menține o reacție în lanț auto-susținută sau „critică”.,uraniul Natural constă dintr-un amestec de diferiți izotopi, în principal 238U și o cantitate mult mai mică (aproximativ 0,72% în greutate) de 235U. 238U poate fi fisionat numai de neutroni care sunt relativ energici, aproximativ 1 MeV sau mai sus. Nici o cantitate de 238U nu poate fi făcută „critică”, deoarece va tinde să absoarbă parazitar mai mulți neutroni decât eliberează prin procesul de fisiune. 235U, pe de altă parte, poate susține o reacție în lanț auto-susținută, dar datorită abundenței naturale scăzute a 235U, uraniul natural nu poate atinge criticitatea de la sine.,trucul de a atinge criticitatea folosind doar uraniu natural sau slab îmbogățit, pentru care nu există o masă critică „goală”, este de a încetini neutronii emise (fără a le absorbi) până la punctul în care suficient dintre ei poate provoca o fisiune nucleară suplimentară în cantitate mică de 235U care este disponibilă. (238U, care este cea mai mare parte a uraniului natural, este, de asemenea, fisionabil cu neutroni rapizi.) Aceasta necesită utilizarea unui moderator de neutroni, care absoarbe practic toată energia cinetică a neutronilor, încetinindu-i până la punctul în care ajung la echilibrul termic cu materialul înconjurător., S-a constatat că economia neutronică este benefică pentru a separa fizic procesul de moderare a energiei neutronice de combustibilul de uraniu în sine, deoarece 238U are o probabilitate mare de a absorbi neutronii cu niveluri intermediare de energie cinetică, o reacție cunoscută sub numele de absorbție de „rezonanță”. Acesta este un motiv fundamental pentru proiectarea reactoarelor cu segmente separate de combustibil solid, înconjurate de moderator, mai degrabă decât orice geometrie care ar da un amestec omogen de combustibil și moderator.,apa este un moderator excelent; atomii obișnuiți de hidrogen sau protiu din moleculele de apă sunt foarte apropiați în masă de un singur neutron și astfel coliziunile lor au ca rezultat un transfer foarte eficient de impuls, similar conceptual cu coliziunea a două bile de biliard. Cu toate acestea, pe lângă faptul că este un bun moderator, apa obișnuită este, de asemenea, destul de eficientă în absorbția neutronilor., Astfel, utilizarea apei obișnuite ca moderator va absorbi cu ușurință atât de mulți neutroni încât prea puțini sunt lăsați să susțină o reacție în lanț cu nucleele mici izolate de 235U din combustibil, împiedicând astfel criticitatea uraniului natural. Din aceasta cauza, o lumină-reactor cu apă va necesita cu izotopul 235U fi concentrate în sale de uraniu, ca uraniu îmbogățit, în general, între 3% și 5% 235U de greutate (produs de acest proces de îmbogățire proces este cunoscut sub numele de uraniu sărăcit, și deci, constând în principal din 238U, din punct de vedere chimic pur)., Gradul de îmbogățire necesar pentru a atinge criticitatea cu un moderator de apă ușoară depinde de geometria exactă și de alți parametri de proiectare ai reactorului.o complicație a acestei abordări este nevoia de instalații de îmbogățire a uraniului, care sunt în general costisitoare pentru a construi și opera. Ele prezintă, de asemenea, o preocupare de proliferare nucleară; aceleași sisteme utilizate pentru a îmbogăți 235U pot fi, de asemenea, utilizate pentru a produce materiale mult mai „pure” de arme (90% sau mai mult 235U), potrivite pentru producerea unei arme nucleare., Acesta nu este un exercițiu banal prin orice mijloace, ci suficient de fezabil încât instalațiile de îmbogățire să prezinte un risc semnificativ de proliferare nucleară. o soluție alternativă la problemă este utilizarea unui moderator care nu absoarbe neutronii la fel de ușor ca apa. În acest caz, toți neutronii eliberați pot fi moderați și utilizați în reacții cu 235U, caz în care există suficient 235U în uraniu natural pentru a susține criticitatea. Un astfel de moderator este apa grea sau oxidul de deuteriu., Deși reacționează dinamic cu neutronii într-un mod similar cu apa ușoară (deși cu un transfer de energie mai mic în medie, având în vedere că hidrogenul greu sau deuteriul este de aproximativ două ori masa hidrogenului), are deja neutronul suplimentar pe care apa ușoară ar tinde în mod normal să îl absoarbă.
Lasă un răspuns