慢化劑

慢化劑

慢化劑,又稱中子減速劑。為使核裂變反應得以有效地進行,一種被加入反應堆內用來減慢中子運動速度的物質。

基本介紹

  • 中文名慢化
  • 外文名:Moderator
  • 又名:中子減速劑
  • 慢化劑種類輕水重水石墨
  • 作用元素:碳元素,氫元素
  • 性能:導熱性、熱穩定性、密度高等
基本概念,慢化劑材料,不同材料的慢化能力和慢化比,

基本概念

熱中子反應堆中裂變主要由熱中子(<0.1eV,2200m/s)引起,而裂變產生的中子能量從0.1到10MeV,平均為2MeV,這些中子需由慢化劑迅速慢化成熱中子,用作慢化劑的材料既要有效地慢化中子,又要儘量少地吸收中子。通常用慢化比表征物質的慢化效率,它等於慢化能力與物質巨觀吸收截面之比。慢化能力等於中子平均對數能降與物質巨觀散射截面之積。質量越輕的元素中子平均對數能降越大。常用的慢化劑材料有含氫的材料(輕水、重水、某些有機物和金屬氫化物)、鈹(金屬、氧化物)和石墨。
應具有以下性能:(1)良好的核特性,即中子巨觀散射截面∑s大,巨觀吸收截面∑a小;(2)良好的導熱性、熱穩定性和輻照穩定性;(3)密度高;(4)對堆芯結構材料腐蝕作用小;(5)成本低。通常分固體慢化劑和液體慢化劑兩類。前者有石墨、鈹、氧化鈹和氫化鋯等,後者有(輕)水和重水。水具有良好的熱物理性能,慢化能力強,價廉,使用方便,因此以水作慢化劑的反應堆得到了迅速發展。重水和石墨雖有許多優良的性能,但因重水價昂,石墨慢化能力較差,故使用受到較大限制。

慢化劑材料

石墨中的碳元素,以及水中的氫元素都能起到慢化作用。因此通常用於熱中子反應堆慢化劑的有三種材料
輕水(H2O)是含氫物質,慢化能力大,價格低廉,但吸收截面較大,對金屬有腐蝕作用,易發生輻射分解
重水,D2O)的吸收截面小,並可發生( γ,n )反應而為鏈式反應提供中子;缺點是價格昂貴,還要細心防止泄漏損失、污染和與氫化物發生同位素交換。
石墨的吸收截面低於重水,且價格便宜,又是耐高溫材料,可用於非氧化氣氛高溫堆中。
此外,還可用碳氫化合物、鈹等作慢化劑材料。鈹的慢化能力比石墨好,用它作慢化劑可縮小堆芯尺寸,但鈹有劇毒 、價格昂貴、易產生輻照腫脹,故使用受到限制。

不同材料的慢化能力和慢化比

慢化劑


0.924
0.515
0.209
0.158
慢化能力
1.35
0.188
0.154
0.064
70
2000
159
170

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