Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Modérateur de neutrons

Modérateur de neutrons

Le modérateur est un composant qui fait partie des réacteurs nucléaires. Il est situé dans le coeur du réacteur. La fonction du modérateur est de réduire la vitesse des neutrons dans les réactions de fission nucléaire.

Au cours des réactions nucléaires de fission, les neutrons entrent en collision avec des atomes fissiles (uranium et plutonium) présents dans le combustible nucléaire, provoquant la fission. A chaque réaction de fission, un ou deux neutrons sont libérés à grande vitesse.

L’objectif de maintenir une réaction de fission en chaîne est que ces neutrons atteignent d’autres atomes fissiles, mais qu’à une telle vitesse, il est très difficile. L'objectif du modérateur est de réduire cette vitesse et d'obtenir ainsi de meilleures performances du réacteur.

Fonctionnement physique du modérateur

Les neutrons, en raison de leur vitesse, ont une énergie cinétique élevée. Lorsqu'ils rencontrent des atomes du matériau modérateur, les neutrons entrent en collision avec ces atomes et transmettent une partie de leur énergie cinétique aux noyaux des atomes modérateurs. Les neutrons, qui perdent leur énergie cinétique, perdent de la vitesse.

Les matériaux appropriés pour remplir la fonction de modérateur sont ceux qui ont une faible masse atomique afin de maximiser l'énergie transférée lors de chaque choc. Généralement, il s'agit d'hydrogène, de deutérium (présent dans l'eau lourde) ou de carbone.

Il est important que le modérateur n'absorbe pas les neutrons car nous voulons seulement réduire la vitesse. Pour éviter cela, il est important que les matériaux du modérateur aient une section efficace de capture faible.

À un moment donné, il est nécessaire de pouvoir capturer les neutrons pour contrôler la réaction en chaîne. Pour cela, les barres de contrôle sont utilisées.

Réacteur de réacteur

Dans un réacteur à neutrons thermiques, le noyau d'un élément combustible lourd, tel que l'uranium, absorbe un neutron libre à déplacement lent, devient instable, puis scinde la fission nucléaire) en deux atomes plus petits. Le processus de fission des noyaux à 235 U produit deux produits de fission, deux ou trois neutrons libres qui se déplacent rapidement, plus une quantité d’énergie qui se manifeste principalement dans l’énergie cinétique des produits de fission de retrait. Les neutrons libres sont émis avec une énergie cinétique de 2 MeV chacun. Parce qu'il y a plus de neutrons libres. Ils sont libérés d'un événement de fission d'uranium nécessitant l'utilisation de neutrons thermiques pour déclencher l'événement, la réaction peut devenir auto-suffisante, une réaction en chaîne, dans des conditions contrôlées, en libérant ainsi une réaction).

La section efficace de la fission est fonction de l'énergie (appelée fonction d'excitation) du neutron qui entre en collision avec un noyau d'uranium-235. La probabilité de fission diminue lorsque l'énergie cinétique des neutrons (et de la vitesse) augmente. Cela explique pourquoi la plupart des réacteurs fonctionnant à l'uranium 35 ont besoin d'un modérateur pour maintenir une réaction en chaîne et pourquoi la suppression d'un modérateur peut arrêter un réacteur.

La probabilité de nouveaux événements de fission est déterminée par la section transversale de la fission, qui dépend de la vitesse (énergie) des neutrons incidents. Pour les réacteurs thermiques, les neutrons de haute énergie dans la gamme de MeV sont beaucoup moins susceptibles de causer plus de fission. Les neutrons rapides nouvellement libérés, qui se déplacent à environ 10% de la vitesse de la lumière, devraient être réduits ou "modérés", généralement à une vitesse de quelques kilomètres à la seconde, s'ils risquent de causer davantage de fission dans l'atmosphère. noyaux des atomes voisins d’uranium-235 et, par conséquent, poursuivent la réaction en chaîne. Cette vitesse devient équivalente à des températures de l'ordre de quelques centaines de degrés Celsius.

Dans tous les réacteurs modérés, certains neutrons de tous les niveaux d’énergie produiront une fission, y compris les neutrons rapides. Certains réacteurs sont plus thermalisés que d’autres; Par exemple, dans un réacteur CANDU, presque toutes les réactions de fission sont produites par des neutrons thermiques, alors que dans un réacteur à eau sous pression, une grande partie des fissions sont produites par des neutrons de haute énergie. Dans le réacteur à eau supercritique (SCWR) proposé refroidi à l’eau, la proportion de fissions rapides peut dépasser 50%, ce qui est techniquement un réacteur à neutrons rapides.

Un réacteur rapide n'utilise pas de modérateur, mais repose sur la fission produite par des neutrons rapides, non modérés, afin de soutenir la réaction en chaîne. Dans certaines conceptions de réacteurs rapides, jusqu'à 20% des fissions peuvent provenir de la fission directe avec des neutrons rapides d'uranium 238, un isotope qui n'est pas fissible avec des neutrons thermiques.

Les modérateurs sont également utilisés dans les sources de neutrons autres que les réacteurs, telles que le plutonium, le béryllium et les sources de spallation.

 

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Dernier examen: 19 décembre 2018

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