Hvordan styres nukleare reaktioner i en reaktor?

1. Neutronmoderation:

* neutroner fra fission er for energiske til at opretholde en kædereaktion. De skal bremses ned til et specifikt energiniveau.

* Moderatorer: Dette er materialer som vand (i lette vandreaktorer) eller grafit (i nogle reaktorer), der effektivt bremser neutronerne ved kollisioner.

2. Neutronabsorption:

* Kontrolstænger: Disse er lavet af neutronabsorberende materialer som bor eller cadmium. Ved at indsætte disse stænger i reaktorkernen kan du absorbere neutroner, reducere fissionshastigheden og kontrollere effekten.

* Andre absorbere: Nogle af fissionsprodukterne i sig selv er gode neutronabsorbenter, hvilket hjælper med at regulere reaktionen.

3. Brændstofberigelse:

* naturligt uran: Indeholder kun 0,7% af den fissile isotop U-235.

* berigelse: Øger koncentrationen af ​​U-235, hvilket gør brændstoffet mere reaktivt. Berigelsesniveauet bestemmer, hvor let kædereaktionen kan opretholdes.

4. Reaktor geometri:

* form og størrelse: Reaktorens design påvirker neutronstrømmen, og hvor effektivt de kan udløse yderligere fission.

* Reflektor: Et materiale, der omgiver kernen, der reflekterer undslippe neutroner tilbage i reaktionszonen, øger effektiviteten.

5. Kølesystem:

* Varmefjernelse: Fission genererer enorm varme, som konstant skal fjernes for at forhindre overophedning.

* kølevæske: Dette kan være vand, tungt vand eller andre væsker, der cirkulerer gennem kernen, absorberer varme og overfører det til en varmeveksler.

hvordan det hele fungerer sammen:

1. Initiering af kædereaktionen: Et neutron slår et U-235-atom, der forårsager fission og frigiver flere neutroner.

2. modererer neutronerne: Moderatoren bremser disse neutroner ned til et energiniveau, der er egnet til yderligere fission.

3. Kontrol af reaktionen: Kontrolstænger absorberer nogle neutroner og forhindrer en ukontrolleret kædereaktion.

4. opretholdelse af reaktionen: De resterende neutroner udløser yderligere fissionsbegivenheder, hvilket holder reaktionen i gang med en kontrolleret hastighed.

5. afkøling: Kølesystemet fjerner varmen genereret af fissionsprocessen.

Sikkerhedsmekanismer:

* scram -system: Dette system indsætter hurtigt alle kontrolstænger i kernen og stopper kædereaktionen i en nødsituation.

* indeslutningsbygning: En stærk struktur, der forhindrer frigivelse af radioaktive materialer i tilfælde af en ulykke.

* backup -systemer: Flere overflødige systemer sikrer, at reaktoren forbliver under kontrol, selv i tilfælde af fejl.

Kortfattet: Atomreaktorer er afhængige af en sofistikeret kombination af neutronmoderation, kontrolstænger, brændstofberigelse, reaktorgeometri og kølesystemer til at håndtere nuklear kædereaktion og producere energi sikkert og effektivt.