O moderador de nêutrons é um componente que faz parte dos reatores nucleares. A função do moderador é desacelerar os nêutrons nas reações de fissão nuclear.
Durante as reações de fissão nuclear, os nêutrons colidem com átomos de urânio físsil, causando novas reações. Com cada reação de fissão, um ou dois nêutrons são liberados em alta velocidade que podem colidir com outros átomos e gerar uma reação em cadeia nuclear.
Para aproveitar a energia nuclear do átomo, o objetivo é manter uma reação em cadeia nuclear dentro do reator nuclear. Mover os nêutrons muito rápido no núcleo do reator reduz a chance de eles colidirem com outro átomo.
O objetivo do moderador é reduzir essa velocidade e, dessa forma, obter um melhor desempenho do reator.
Nêutrons rápidos liberados após uma reação de fissão movem-se a aproximadamente 10% da velocidade da luz. Para o bom funcionamento do reator, sua velocidade deve ser reduzida a alguns quilômetros por segundo. Essa velocidade se torna equivalente a temperaturas em algumas centenas de graus Celsius.
O que o moderador de nêutrons está fazendo dentro do reator?
Os nêutrons, devido à sua velocidade, possuem grande energia cinética. Se um nêutron colide com um átomo do material que é usado como moderador, parte de sua energia cinética é transferida para o átomo do moderador. Os nêutrons, perdendo energia cinética, perdem velocidade.
Os elementos químicos da tabela periódica adequados para desempenhar a função de moderador são aqueles que apresentam baixa massa atômica para maximizar a energia transferida em cada colisão. Geralmente é hidrogênio, deutério (presente na água pesada) ou carbono.
É importante que o moderador não absorva os nêutrons, pois queremos apenas desacelerar. Para evitar isso, é importante que os materiais moderadores tenham uma seção transversal de captura baixa.
A certa altura, é necessário conseguir capturar os nêutrons para controlar a reação em cadeia. Barras de controle são usadas para isso.
Como é gerada uma reação de fissão?
Em um reator de nêutrons térmicos, o núcleo atômico de um elemento de combustível pesado, como o urânio 235 (U-235), absorve um nêutron livre de movimento lento. Com o novo nêutron, o átomo se torna instável e se decompõe.
Qual é o resultado de uma reação de fissão nuclear?
No processo de fissão, a reação nuclear produz:
Dois produtos de fissão
Dois ou três nêutrons livres em movimento rápido
Uma quantidade de energia que se manifesta principalmente na energia cinética dos produtos da fissão.
Por que os reatores nucleares precisam de um moderador de nêutrons?
Os reatores nucleares térmicos precisam de um moderador para reduzir a velocidade dos nêutrons porque a probabilidade de um nêutron atingir um átomo de urânio-235 diminui com o aumento da velocidade dos nêutrons.
Isso explica por que a maioria dos reatores atômicos movidos a urânio-35 precisa de um moderador para sustentar uma reação em cadeia e por que remover um moderador pode desligar um reator.
O que é seção transversal de fissão?
A probabilidade de novos eventos de fissão é determinada pela seção transversal da fissão. A seção transversal da fissão é uma função da energia (chamada de função de excitação) do nêutron que colide com um núcleo de urânio-235. Esta seção depende da velocidade dos nêutrons incidentes.
Diferenças entre diferentes tipos de reatores nucleares
Em todos os reatores moderados, alguns nêutrons de todos os níveis de energia produzirão fissão, incluindo nêutrons rápidos.
Alguns reatores são mais térmicos do que outros. Por exemplo, em um reator CANDU, quase todas as reações de fissão são produzidas por nêutrons térmicos. Por outro lado, em um reator de água pressurizada (PWR), uma parte considerável das fissões é produzida por nêutrons de alta energia.
No reator de água supercrítico (SCWR), a proporção de fissão rápida pode exceder 50%, o que é tecnicamente um reator de nêutrons rápido.
Reatores nucleares rápidos
Um reator rápido não usa moderadores, mas depende da fissão produzida por nêutrons rápidos não moderados.
Em alguns projetos, até 20% das fissões podem vir da fissão rápida direta de nêutrons do urânio-238, um isótopo que não é fissionável com nêutrons térmicos.
