NuclearReactor 1.1 - Wie funktioniert der Neutronenreflektor?
Der Reflektor ist die mit Moderator gefüllte Umgebung des Reaktorkerns. Weiter nichts. Als Moderator dient of Wasser, aber auch Graphit oder Schweres Wasser kommt vor. Der Moderator bremst die bei der Spaltung entstehenden schnellen Neutronen ab. Das geschieht durch sogenannte "elastische Stöße", bei denen - ähnlich wie beim Billard - das Neutron mit einem Moderatorkern, z.B. mit dem Proton des Wasserstoffs im Wasser, zusammenstößt und dabei seinen Impuls an das Proton übergibt. Das Neutron "bleibt stehen" und der Wasserstoffkern fliegt weg. Der Stoß selbst verläuft nicht immer so ideal, das kennen wir ja auch vom Billard, aber langsamer wird das Neutron in jedem Fall. Die so abgebremsten Neutronen bewegen sich zum Schluss nur noch mit der Geschwindigkeit der Wasserstoffkerne, die ja nie genau Null ist wegen der thermischen Molekularbewegung. Deshalb spricht man bei den abgebremsten Neutronen auch von "thermischen" Neutronen. Der Sinn besteht darin, dass thermische Neutronen wesentlich leichter erneut eine Spaltung auslösen können, wenn sie auf einen Spaltstoffkern treffen. Dadurch lässt sich leichter eine Kettenreaktion aufrecht erhalten.
Was macht der Moderator nun außerhalb des Reaktorkerns in dessen Umgebung? Ganz einfach: Alle Neutronen, die den Kern verlassen, sind zunächst mal für die Kettenreaktion verloren. Das sieht man deutlich, wenn man das Programm startet. Der Bereich um den Kern herum ist noch leer, gekennzeichnet durch die Farbe Weiß. Fahren Sie den Reaktor an und versuchen Sie eine Steuerstabstellung zu finden, bei der die Leistung bzw. die Neutronendichte bei ausgefahrener Neutronenquelle annähernd konstant bleibt. In diesem Fall ist der Reaktor genau kritisch. Wie das geht, steht in der Grundbeschreibung.
Klicken Sie nun auf Reflektor. Der Raum in der Umgebung des Kerns füllt sich mit Moderator (gelb). Sofort werden schnelle Neutronen, die den Kernverlassen, dort in langsame umgewandelt (moderiert). Diese thermischen Neutronen wandern umher und können mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in den Kern zurück gelangen. Das Ergebnis: Der Reaktor wird ohne dass man die Steuerstabstellung verändert, überkritisch, d.h. die Leistung beginnt zuzunehmen. Auch themische Neutronen, die aus dem Kern ausströmen, haben eine gewisse Chance, vom Reflektor zurückbefördert zu werden. Aber das Ganze ist keine Reflektion im Sinne eines Spiegels, es ist eher eine diffuse Reflektion, deshalb spricht man bei den zurückbeförderten Neutronen auch von "Albedo". Sie können auch gern ein zweites Mal auf den Knopf "Reflektor" drücken, dann wird er wieder abgelassen. Experimentieren Sie ruhig mit den verschiedenen Steuermöglichkeiten, schlimmstenfalls lösen Sie eine Schnellabschaltung aus!
Es gibt noch einen zweiten neuen Knopf in der Version 1.1: "Moderatorablass". Wenn Sie den betätigen, dann verschwindet der Moderator auch aus dem Reaktorkern, Die Folge: Auch ohne die Absorberstäbe einzufahren, stirbt die Kettenreaktion sehr schnell aus. Das Ablassen des Moderators ist deshalb eine Möglichkeit der Schnellabschaltung ..... aber nur in kleinen Forschungsreaktoren, bei denen der Moderator nicht gleichzeitig als Kühlmitttel dient! Denn in einem Leistungsreaktor muss der Brennstoff auch nach der Abschaltung weiter gekühlt werden, weil durch den radioaktiven Zerfall der Spaltprodukte noch bis zu 6 % der Wärmeleistung entsteht, die bei Normalbetrieb produziert wird. Ein Beispiel für einen Reaktor, der über eine Schnellabschaltung durch Ablassen des Moderators verfügt, ist der Zittauer Lehr- und Forschungsreaktor.