Usina Nuclear Isar, Alemanha

Piscina de combustível nuclear usado

Turbina de uma usina nuclear

Moderador nuclear

Moderador nuclear

O moderador é um componente que faz parte dos reatores nucleares. Está localizado no núcleo do reator. A função do moderador é reduzir a velocidade dos nêutrons nas reações de fissão nuclear.

Durante as reações nucleares de fissão, os nêutrons colidem com átomos físseis (urânio e plutônio) presentes no combustível nuclear causando fissão. Com cada reação de fissão, um ou dois nêutrons são liberados em alta velocidade.

O objetivo de manter uma reação de fissão da cadeia é que esses nêutrons atingem outros átomos físseis, mas a tal velocidade é muito difícil. O objetivo do moderador é reduzir essa velocidade e, assim, obter um melhor desempenho do reator.

Funcionamento físico do moderador

Os nêutrons, devido à sua velocidade, possuem uma alta energia cinética. Ao encontrar átomos do material moderador, os nêutrons colidem com esses átomos transmitindo parte de sua energia cinética para os núcleos dos átomos moderadores. Os nêutrons, perdendo energia cinética, perdem velocidade.

Os materiais adequados para realizar a função de moderador são aqueles que possuem uma massa atômica baixa para maximizar a energia transferida em cada choque. Geralmente é hidrogênio, deutério (presente em água pesada) ou carbono.

É importante que o moderador não absorva os nêutrons, pois só queremos reduzir a velocidade. Para evitar isso, é importante que os materiais do moderador tenham uma seção efetiva de baixa captura.

Em um determinado momento, é necessário capturar os nêutrons para controlar a reação em cadeia. Para isso, as barras de controle são usadas.

Moderador do reator

Em um reator de nêutrons térmicos, o núcleo de um elemento de combustível pesado, como o urânio, absorve um nêutron livre que se move lentamente, torna-se instável e então fende a fissão nuclear) em dois átomos menores. O processo de fissão dos 235 núcleos de U produz dois produtos de fissão, dois ou três nêutrons livres que se movem rapidamente, além de uma quantidade de energia que se manifesta principalmente na energia cinética dos produtos de fissão de recuo. Nêutrons livres são emitidos com uma energia cinética de 2 MeV cada. Porque há mais nêutrons livres. Eles são liberados de um evento de fissão de urânio que os nêutrons térmicos são necessários para iniciar o evento, a reação pode se tornar auto-suficiente, uma reação em cadeia, sob condições controladas, liberando assim um).

A secção transversal da fissão é uma função da energia (chamada função de excitação) do nêutron que colide com um núcleo de urânio-235. A probabilidade de fissão diminui à medida que a energia cinética dos nêutrons (e velocidade) aumenta. Isso explica por que a maioria dos reatores movidos a urânio-35 precisa de um moderador para manter uma reação em cadeia e por que a remoção de um moderador pode desativar um reator.

A probabilidade de novos eventos de fissão é determinada pela seção transversal da fissão, que depende da velocidade (energia) dos nêutrons incidentes. Para reatores térmicos, nêutrons de alta energia na faixa de MeV são muito menos propensos a causar mais fissão. Os nêutrons rápidos recém-liberados, que se movem a aproximadamente 10% da velocidade da luz, devem ser reduzidos ou "moderados", geralmente a velocidades de alguns quilômetros por segundo, se eles provavelmente causarem mais fissão no ambiente. núcleos dos átomos vizinhos do urânio-235 e, portanto, continuar a reação em cadeia. Essa velocidade se torna equivalente a temperaturas nas poucas centenas de graus Celsius.

Em todos os reatores moderados, alguns nêutrons de todos os níveis de energia produzirão fissão, incluindo nêutrons rápidos. Alguns reatores são mais termalizados que outros; por exemplo, em um reator CANDU quase todas as reações de fissão são produzidas por nêutrons térmicos, enquanto que em um reator de água pressurizada (PWR), uma parte considerável das fissões é produzida por nêutrons de alta energia. No proposto reator de água supercrítica refrigerado a água (SCWR), a proporção de fissões rápidas pode exceder 50%, o que tecnicamente é um reator de nêutrons rápido.

Um reator rápido não usa nenhum moderador, mas é baseado na fissão produzida por nêutrons rápidos e não moderados para sustentar a reação em cadeia. Em alguns projetos de reatores rápidos, até 20% das fissões podem vir da fissão direta com nêutrons rápidos do urânio-238, um isótopo que não é fissionável com nêutrons térmicos.

Os moderadores também são usados ​​em fontes de nêutrons que não são reatores, como fontes de plutônio berílio e spallation.

 

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Última revisão: 19 de dezembro de 2018

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