¿Cómo se termalizan los neutrones producidos por fisión en un reactor nuclear PWR?

Cualquier isótopo ligero reducirá la velocidad de los neutrones a través de la colisión de “bolas de billar”, por ejemplo, átomos de hidrógeno de agua normales. Los núcleos de carbono son mucho más pesados, por lo que pueden absorber mucha menos energía del neutrón en una sola colisión. Tienen una sección transversal de baja absorción para los neutrones, por lo que pueden colisionar a menudo sin absorber uno.

Otro mecanismo de desaceleración muy importante en los reactores de potencia son las colisiones inelásticas con núcleos U. Estas son n (U, gamma) n reacciones. El núcleo absorbe el neutrón y emite un neutrón y un gamma. ¡No me preguntes si es el mismo neutrón! A través de este mecanismo, el neutrón puede evitar que el bb golpee el problema de la bola de boliche; no importa que el núcleo U sea mucho más masivo que el neutrón.

El truco es que desea reducir la velocidad de los neutrones más allá de la región de resonancia sin una absorción parasitaria (bueno, al final de un ciclo. Al principio del ciclo, esas absorciones producen plutonio, no se desperdician en absoluto). Las resonancias son tan altas y tan juntas que en la trama se unen en una gran burbuja.

Lo bueno del agua ligera es que un neutrón puede dar toda su energía al átomo de hidrógeno en una sola colisión llevándolo más allá de la región de resonancia.

Al golpear las moléculas de H2O una y otra vez. En realidad es principalmente golpeando los átomos de hidrógeno. También podrían ser moléculas D2O, en cuyo caso el Deuterio cumple esa función.

Esa capacidad de hidrógeno y deuterio se llama moderación. Los neutrones tienen una buena afinidad para colisionar con los isótopos H / D. El hidrógeno es más abundante pero tiene una probabilidad significativa de absorber el neutrón. El deuterio casi siempre se modera sin comer el neutrón.

El carbono también es un buen moderador. Existen algunos diseños de reactores en los que el agua es principalmente el refrigerante y el carbono actúa como moderador primario. Pero eso se hace principalmente en diseños rusos como el que explotó en Chernobyl.

La razón principal por la que no tenemos muchos reactores de agua pesada es el costo de enriquecer el agua para obtener agua pesada. No fue por ese costo, los reactores de agua pesada serían muy populares ya que sus pérdidas de neutrones más bajas les permiten ser mucho más eficientes.

Los LWR requieren combustible con un 3-5% de enriquecimiento. Algunos HWR pueden funcionar con enriquecimiento natural de uranio o con niveles de 0.7% U235. Pero hacerlo limita el tiempo que se puede consumir combustible nuclear. En cambio, lo normal es usar <2% de niveles de enriquecimiento (que es significativamente más barato que el 3% de enriquecimiento) que permite un ciclo de combustión más largo, lo que reduce la producción de combustible gastado.

Los reactores nucleares tienen un diseño diferente según su propuesta. Por lo tanto, los moderadores se eligen en consecuencia (ver http://www.abdulla1939.com ). El PWR es moderado por agua a alta presión. La fisión nuclear, por ejemplo, tiene lugar cuando un neutrón térmico (0.025 e V) bombardea un átomo de uranio-235, produciendo núcleos hijos + 2–3 neutrones, de la siguiente manera.

n —-> U (235) —-> U (236) * – → Xe (139) + Sr (95) +2 n + ~ 200 MeV

Esta reacción nuclear debe obedecer la ley de conservación de los bariones, entonces,

235 + n = 236 = 139 + 95 + 2 n = 236, donde Xe y Se son las hijas del producto.

n es un neutrón.