E3 Moderation und Neutronenabsorption

Thema

Zwei Materialarten spielen im gleichen, durch das vorherige Modell etablierten Neutronengleichgewicht gegensätzliche Rollen. Moderatoren – gewöhnliches Wasser, schweres Wasser oder Graphit – absorbieren keine Neutronen, sondern bremsen sie ab: Ein kürzlich durch Kernspaltung freigesetztes Neutron besitzt eine sehr hohe Energie und hat in diesem Zustand eine geringe Wahrscheinlichkeit, in den meisten Brennstoffen weitere Kernspaltungen auszulösen. Durch wiederholte Kollisionen mit den leichten Kernen des Moderators verliert es Energie, bis es deutlich niedrigere thermische Geschwindigkeiten erreicht, bei denen die Wahrscheinlichkeit, in Uran-235 weitere Kernspaltungen auszulösen, erheblich ansteigt.

Neutronengifte bewirken genau das Gegenteil: Es handelt sich um Materialien, die aufgrund ihrer hohen Fähigkeit ausgewählt werden, Neutronen zu absorbieren, ohne dabei selbst Kernspaltungen zu erleiden oder eine nutzbare Reaktion auszulösen. Jedes von ihnen absorbierte Neutron wird dauerhaft aus dem für die Aufrechterhaltung der Kernspaltungskette verfügbaren Bestand entfernt.

Die Steuerstäbe vereinen auf praktische Weise beide Funktionen: Sie bestehen aus einem Material mit hoher Neutronenabsorptionskapazität, und ihre Eindringtiefe in den Reaktorkern bestimmt direkt, wie viele Neutronen sie einfangen, bevor sie weitere Kernspaltungen auslösen können. Denn an dieser Position verdrängen sie das Moderatormaterial, das sonst denselben Raum einnehmen würde.

Deshalb zeigt dieses Modul, das zunächst zwischen einem Material unterscheidet, das Neutronen abbremst, und einem, das sie einfängt, abschließend, dass der Steuerstab kein drittes Material darstellt, sondern vielmehr das physikalische Mittel zur gezielten Kombination der beiden vorherigen: Durch sein Einführen reduziert er den Moderator und erhöht gleichzeitig die Absorption an derselben Stelle im Reaktorkern. Dadurch wird er zum direktesten Hebel, um das Neutronengleichgewicht zwischen Wachstum, Stabilität und Erlöschen der Kettenreaktion zu beeinflussen.

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