Question

Для чего осуществляют замедление нейтронов в ядерных реакторах? Какие вещества используют як замедлители нейтронов.

Answer 1

Возникающие в ходе ядерной реакции нейтроны разделяются на две группы - медленные и быстрые. Граница между этими группами не является строго определённой. Она лежит в области 1000 эВ.

Большинство современных энергетических ядерных реакторов работает на нейтронах, находящимися в тепловом равновесии с окружающей средой. Однако, в ходе ядерных реакций образуются, как правило, быстрые нейтроны (с энергией > 1 МэВ), которые при соударениях с атомными ядрами теряют энергию крупными порциями, расходуя её, главным образом, на возбуждение ядер или их расщепление.

Для более эффективного использования ядерного топлива и контроля ядерной реакции быстрые нейтроны необходимо замедлить.

Замедление нейтронов - процесс уменьшения кинетической энергии свободных нейтронов в результате их многократных столкновений с атомными ядрами вещества, в результате чего образуются, так называемые тепловые нейтроны. Средняя энергия теплового нейтрона при комнатной температуре равна 0,04 эВ.  Вещество, в котором происходит процесс замедления нейтронов, называется замедлителем. Замедление нейтронов применяется, например, в ядерных реакторах на тепловых нейтронах.

К числу лучших замедлителей, широко используемых в ядерной физике и ядерной технике для превращения быстрых нейтронов в тепловые, относятся вода, тяжёлая вода, бериллий, графит.

Answer 2

Замедление нейтронов в ядерных реакторах необходимо для повышения эффективности деления ядерных топлив и обеспечения устойчивого цепного реакции. Замедление происходит путем столкновения быстрых (энергетических) нейтронов с атомами материала, который способен замедлять их до тепловых энергий.

Основные вещества, используемые в ядерных реакторах в качестве замедлителей нейтронов, называются модераторами. Наиболее распространенным модератором является вода (обычная или тяжелая вода), также используются графит и теплые газы (например, гелий).

Вода является самым распространенным модератором в ядерных реакторах, особенно в тех, которые используются для электроэнергетики. Быстрые нейтроны, проходя через воду, сталкиваются с атомами воды и передают им свою энергию, что позволяет замедлить их до тепловых энергий. Графит также эффективно замедляет нейтроны, а гелий используется в реакторах с газовым охлаждением, где гелий выполняет функцию и охладителя, и модератора.

Замедление нейтронов до тепловых энергий важно для увеличения вероятности захвата нейтронов ядрами ядерного топлива и обеспечения устойчивого реакторного процесса.