Les propriétés de modérateurs dans les réacteurs nucléaires

Le graphite est un modérateur de neutrons couramment utilisé dans les réacteurs nucléaires. Il dispose d'une pureté satisfaisante (99 pour cent pur, avec une teneur en cendres inférieure à 300 ppm de bore et moins d'environ 2 ppm) disponible à un prix raisonnable. Il est thermiquement stable, mais à des températures élevées, il peut réagir avec l'oxygène et du dioxyde de carbone dans le réacteur en diminuant l'efficacité. Il peut également former des carbures (un composé constitué de carbone avec un autre élément) après réaction avec certains métaux et oxydes métalliques. En dépit d'être un non-métal, graphite a de bonnes propriétés de conduction de la chaleur, qui est une propriété importante des modérateurs de neutrons. Les inconvénients de base de graphite dans la modération nucléaire sont les chances de l'oxydation en présence d'air, faible résistance et la faible densité. Ses dimensions peuvent changer sous l'influence de radiations dans le réacteur.

L'eau ordinaire est utilisé dans les réacteurs nucléaires comme modérateur pour un certain nombre de raisons. Le faible coût de l'eau, la disponibilité facile et excellente propriété de ralentissement en fait un modérateur de neutrons très bien. L'eau ordinaire peut être utilisé comme un modérateur seulement si le carburant de l'uranium enrichi est utilisé. Il peut être utilisé à la fois comme un modérateur et un fluide de refroidissement dans le réacteur nucléaire. Les principaux inconvénients de l'eau ordinaire est relativement faible point d'ébullition. L'eau lourde de l'autre main surmonte l'inconvénient majeur de l'eau ordinaire. Contrairement à l'eau ordinaire, il peut fonctionner de façon satisfaisante avec de l'uranium naturel aussi- il donne fortement améliorée économie de neutrons (contrairement à l'eau ordinaire, il absorbe les neutrons), permettant au réacteur de fonctionner sans installations d'enrichissement de carburant et améliorer généralement la capacité du réacteur. Contrairement graphite modérateur, il ne oxyde pas. Réacteurs nucléaires modérés à l'eau lourde sont plus petits et ont besoin de combustible nucléaire beaucoup moins. L'inconvénient lié à l'eau lourde est le coût beaucoup plus élevé que l'eau ordinaire.

Hydrure de zirconium est un matériau ordinaire non utilisé en tant que modérateur dans les réacteurs nucléaires. Lorsque en poudre, le matériau a une faible conductivité thermique et nécessite donc des dispositions spéciales de refroidissement dans les réacteurs de grande puissance fonctionnant à haute à température modérée. Hydrure de zirconium est utilisé dans le réacteur "TRIGA" avec de l'uranium enrichi en tant que l'élément combustible.

Le béryllium est supérieur au graphite comme modérateur de neutrons dans les réacteurs nucléaires. Le béryllium a été utilisé dans certains réacteurs et d'oxyde de béryllium est proposé comme modérateur de neutrons pour les réacteurs de fission nucléaire refroidi à gaz à haute température. Le béryllium est un coût élevé par rapport à graphite et de l'eau lourde, qui remplacent souvent.