Moderátor

Znázornenie princípu činnosti moderátora neutrónov.

Znázornenie princípu činnosti moderátora neutrónov.

Aby sa zvýšila pravdepodobnosť, že neutrón spôsobí štiepenie jadra uránu 235U, je potrebné spomaliť rýchly neutrón (s energiou vyššou ako 0,1 MeV) na pomalý (tepelný) neutrón s energiou približne 0,02 eV. Rýchle neutróny sa pri opakovaných zrážkach s atómami moderátora postupne spomaľujú, až dosiahnu energiu zodpovedajúcu tepelnej rovnováhe s okolím. Pomalé neutróny majú výrazne vyššiu pravdepodobnosť, že budú zachytené jadrom 235U a vyvolajú jeho štiepenie. Zároveň je menej pravdepodobné, že budú zachytené jadrami 238U. Prítomnosť moderátora, ktorý spomaľuje neutróny a tým zvyšuje pravdepodobnosť štiepnych reakcií, je jednou zo základných podmienok udržania štiepnej reťazovej reakcie vo väčšine jadrových reaktorov.

Neutróny sa najúčinnejšie spomaľujú pri zrážkach s časticami podobnej hmotnosti, teda predovšetkým s protónmi. Moderátormi sú preto látky obsahujúce veľké množstvo atómov vodíka, napríklad obyčajná voda alebo ťažká voda. Ako moderátor sa používa aj grafit.

 

Vedeli ste, že...?

Slovo moderátor pochádza z latinského výrazu moderare, ktorý znamená zmierňovať, regulovať, spomaľovať alebo brzdiť.

 

3D modely molekuly vody. Každá molekula obsahuje jeden atóm kyslíka a dva atómy vodíka. Molekula ťažkej vody obsahuje namiesto atómov vodíka atómy deutéria. (Zdroj: © molekuul.be / stock.adobe.com)

3D modely molekuly vody. Každá molekula obsahuje jeden atóm kyslíka a dva atómy vodíka. Molekula ťažkej vody obsahuje namiesto atómov vodíka atómy deutéria. (Zdroj: © molekuul.be / stock.adobe.com)

Obyčajná voda

Obyčajná voda sa používa ako moderátor vo väčšine reaktorov využívajúcich obohatený urán s obsahom izotopu 235U približne 3,5 až 5 %. Je ľahko dostupná, nevyžaduje špeciálne zaobchádzanie a zároveň slúži aj ako chladivo.

Ťažká voda

Molekula ťažkej vody obsahuje namiesto atómov prótia atómy deutéria, ktorých jadro tvorí jeden protón a jeden neutrón. Ťažká voda sa musí priemyselne vyrábať, ale v porovnaní s obyčajnou vodou pohlcuje podstatne menej neutrónov. Používa sa preto v reaktoroch spaľujúcich prírodný alebo nízko obohatený urán.

 

Model kryštálovej mriežky grafitu – nekovového minerálu s veľmi nízkou tvrdosťou. (Zdroj: © Vasilyev Dmitry / stock.adobe.com)

Model kryštálovej mriežky grafitu – nekovového minerálu s veľmi nízkou tvrdosťou. (Zdroj: © Vasilyev Dmitry / stock.adobe.com)

Grafit

Grafit má tiež veľmi nízku schopnosť pohlcovať neutróny, a preto je vhodným moderátorom v reaktoroch využívajúcich prírodný alebo nízko obohatený urán. Keďže ide o pevnú látku, grafitom moderované reaktory musia používať samostatné plynné alebo kvapalné chladiace médium. Grafit je navyše na vzduchu horľavý, preto sa v moderných typoch energetických reaktorov používa čoraz menej.

Bez moderátora

Existujú aj reaktory, ktoré využívajú rýchle neutróny, a preto moderátor vôbec nepotrebujú. Označujú sa ako rýchle reaktory.

 

Vedeli ste, že...?

Experimentálne reaktory s roztavenými soľami (MSR) môžu okrem grafitu využívať ako moderátor aj berýlium.

 

Obyčajná voda je výborným moderátorom neutrónov. Je ľahko dostupná, bezpečná a vo väčšine jadrových reaktorov zároveň slúži aj ako chladiace médium. (Zdroj: © luchschenF / stock.adobe.com)
6 fotografií
Povrchová štruktúra grafitovej rudy. Čierny až tmavosivý materiál je mäkký a klzký. Grafit veľmi účinne spomaľuje neutróny. (Zdroj: © epitavi / stock.adobe.com)
Okruhliak horniny bohatej na grafit. Vďaka svojim jedinečným vlastnostiam sa grafit využíva v mnohých priemyselných odvetviach. (Zdroj: © Vladislav / stock.adobe.com)
Kus grafitu – minerálnej formy uhlíka, ktorý sa používa napríklad na výrobu ceruziek. Vďaka svojim špecifickým vlastnostiam sa využíva aj v niektorých typoch jadrových reaktorov ako moderátor rýchlych neutrónov. (Zdroj: © Anneke / stock.adobe.com)
6 fotografií

English version
Vyraďovanie JE V1 Vyraďovanie JE A1 Nakladanie s VJP Nakladanie s IRAO a ZRAM Nakladanie s RAO Preprava RAO a VJP Komerčné aktivity