Central nuclear de Isar, Alemania

Piscina de combustible nuclear gastado

Turbina de una central nuclear

Moderador de neutrones

Moderador de neutrones

El moderador es un componente que forma parte de los reactores nucleares. Está situado en el núcleo del reactor. La función del moderador es la de reducir la velocidad de les neutrones en las reacciones de fisión nuclear.

Durante las reacciones nucleares de fisión, los neutrones chocan con los átomos fisibles (uranio y plutonio) presentes en el combustible nuclear provocando su fisión. Con cada reacción de fisión se liberan uno o dos neutrones a gran velocidad.

El objetivo para mantener una reacción de fisión en cadena es que estos neutrones choquen contra otros átomos fisibles pero a tal velocidad resulta muy difícil. El objetivo del moderador es reducir esta velocidad y, de esta forma, obtener un mejor rendimiento del reactor.

Funcionamiento físico del moderador

Los neutrones, debido a su velocidad, tienen una gran energía cinética. Al encontrarse con átomos del material del moderador, los neutrones chocan con éstos átomos transmitiendo parte de su energía cinética a los núcleos de los átomos del moderador. Los neutrones, al perder energía cinética, pierden velocidad.

Los materiales adecuados para realizar la función de moderador son los que poseen una masa atómica baja para maximizar la energía transferida en cada choque. Generalmente se trata de hidrógeno, deuterio (presente en el agua pesada) o carbono.

Es importante que el moderador no absorba los neutrones ya que solo queremos reducir la velocidad. Para evitarlo es importante que los materiales moderadores tengan una sección eficaz de captura baja.

En cierto momento sí que es necesario poder capturar los neutrones para controlar la reacción en cadena. Para ello se utilizan las barras de control.

Moderador del reactor

En un reactor de neutrones térmicos, el núcleo de un elemento combustible pesado como el uranio absorbe un neutrón libre de movimiento lento, se vuelve inestable y luego se divide fisión nuclear) en dos átomos más pequeños. El proceso de fisión para los núcleos de 235 U produce dos productos de fisión, dos o tres neutrones libres que se mueven rápidamente, más una cantidad de energía que se manifiesta principalmente en la energía cinética de los productos de fisión de retroceso. Los neutrones libres se emiten con una energía cinética de 2 MeV cada uno. Porque hay más neutrones libres. Se liberan de un evento de fisión de uranio que los neutrones térmicos son necesarios para iniciar el evento, la reacción puede volverse autosuficiente, una reacción en cadena, bajo condiciones controladas, liberando así una).

La sección transversal de fisión, es una función de la energía (llamada función de excitación) del neutrón que colisiona con un núcleo de uranio-235. La probabilidad de fisión disminuye a medida que aumenta la energía cinética de los neutrones (y la velocidad). Esto explica por qué la mayoría de los reactores alimentados con uranio-35 necesitan un moderador para mantener una reacción en cadena y por qué la eliminación de un moderador puede apagar un reactor.

La probabilidad de nuevos eventos de fisión está determinada por la sección transversal de la fisión, que depende de la velocidad (energía) de los neutrones incidentes. Para los reactores térmicos, los neutrones de alta energía en el rango de MeV son mucho menos propensos a causar más fisión. Los neutrones rápidos recién liberados, que se mueven aproximadamente a un 10% de la velocidad de la luz, deben reducirse o "moderarse", por lo general a velocidades de a unos pocos kilómetros por segundo, si es probable que causen más fisión en los núcleos de los átomos vecinos de uranio-235 y, por lo tanto, continúen la reacción en cadena. Esta velocidad pasa a ser equivalente a las temperaturas en los pocos cientos de grados Celsius.

En todos los reactores moderados, algunos neutrones de todos los niveles de energía producirán fisión, incluidos los neutrones rápidos. Algunos reactores están más termalizados que otros; por ejemplo, en un reactor CANDU casi todas las reacciones de fisión son producidas por neutrones térmicos, mientras que en un reactor de agua a presión (PWR), una parte considerable de las fisiones son producidas por neutrones de mayor energía. En el reactor de agua supercrítica (SCWR) refrigerado por agua propuesto, la proporción de fisiones rápidas puede exceder el 50%, lo que técnicamente es un reactor de neutrones rápido.

Un reactor rápido no utiliza ningún moderador, pero se basa en la fisión producida por neutrones rápidos no moderados para sostener la reacción en cadena. En algunos diseños de reactores rápidos, hasta el 20% de las fisiones pueden provenir de la fisión directa con neutrones rápidos del uranio-238, un isótopo que no es fisionable con los neutrones térmicos.

Los moderadores también se utilizan en fuentes de neutrones que no son reactores, como el plutonio - berilio y fuentes de espalación.

valoración: 3.7 - votos 18

Última revisión: 19 de diciembre de 2018

Volver