📑 Table of Contents▼

Dalam teknik nuklir, moderator neutron atau pelambat neutron adalah sebuah medium yang mengurangi kecepatan neutron cepat, sehingga mengubahnya menjadi neutron termal yang dapat mendukung reaksi nuklir berantai yang melibatkan uranium-235 atau bahan fisi serupa.

Pada sekitar 2000-an, bahan yang paling umum digunakan sebagai moderator neutron adalah air biasa (sekitar 75% seluruh reaktor nuklir dunia), grafit padat (20% reaktor) dan air berat (5% reactor, disebut reaktor air berat).[1][2][3][4][5] Selain itu, dalam penelitian berilium juga pernah digunakan, dan berbagai senyawa hidrokarbon juga disebutkan memiliki kemungkinan dapat dipakai.[6][7][8][9][10][11]

Moderator neutron adalah material yang digunakan di dalam reaktor nuklir untuk memperlambat neutron cepat yang dihasilkan dari fisi menjadi neutron termal (lebih lambat). Neutron yang diperlambat memiliki kemungkinan yang jauh lebih tinggi untuk memicu fisi pada inti bahan bakar lainnya, sehingga memungkinkan reaktor untuk mempertahankan reaksi berantai yang terkendali dan menghasilkan energi. Contoh umum moderator neutron adalah air ringan (air biasa), air berat, dan grafit. Air Ringan (Light Water), air biasa yang digunakan dalam banyak reaktor komersial. Ini adalah moderator yang efisien tetapi menyerap sebagian neutron. Air Berat (Heavy Water), air yang mengandung deuterium. Air berat memperlambat neutron lebih lambat tetapi menyerap lebih sedikit neutron, memungkinkan reaktor menggunakan uranium yang tidak diperkaya. Grafit, bahan yang digunakan sebagai moderator dalam beberapa jenis reaktor, terutama di awal pengembangan energi nuklir.

  • Peningkatan Peluang Fisi: Neutron cepat memiliki kemungkinan yang lebih rendah untuk menyebabkan fisi pada bahan bakar nuklir seperti Uranium-235. Ketika neutron diperlambat menjadi neutron termal, probabilitasnya untuk diserap oleh atom U-235 dan menyebabkan fisi meningkat secara signifikan.
  • Reaksi Berantai Terkendali: Perlambatan neutron adalah langkah penting untuk memastikan reaksi berantai tetap terkendali. Tanpa moderator, neutron akan bergerak terlalu cepat untuk dapat melanjutkan siklus fisi secara efisien, yang dapat menghentikan reaksi.

Cara Kerja Moderator

sunting
  • Tabrakan Elastis: Moderator memperlambat neutron melalui serangkaian tumbukan elastis dengan atom-atom yang lebih ringan.
  • Hukum Kekekalan Energi dan Momentum: Neutron kehilangan energi kinetiknya dalam setiap tumbukan, mirip seperti bola biliar yang bertabrakan. Semakin dekat massa atom moderator dengan massa neutron, semakin besar energi yang hilang oleh neutron dalam satu tumbukan.
  • Massa Atom: Atom-atom ringan, seperti hidrogen (dalam air ringan) dan deuterium (dalam air berat), sangat efektif sebagai moderator karena massanya yang hampir sama dengan neutron.

Bahan yang digunakan:

  • Hydrogen, seperti dalam " air ringan " biasa. Karena protium juga memiliki penampang melintang yang signifikan untuk penangkapan neutron, hanya moderasi terbatas yang dimungkinkan tanpa kehilangan terlalu banyak neutron. Neutron yang kurang dimoderasi relatif lebih mungkin untuk ditangkap oleh uranium-238 dan lebih kecil kemungkinannya untuk fisi uranium-235, sehingga reaktor air ringan memerlukan uranium yang diperkaya untuk beroperasi.
    • Ada juga usulan untuk menggunakan senyawa hasil reaksi kimia uranium logam dan hidrogen (uranium hidrida —UH 3) sebagai bahan bakar kombinasi dan moderator dalam reaktor tipe baru.
    • Hidrogen juga digunakan dalam bentuk metana cair kriogenik dan kadang-kadang hidrogen cair sebagai sumber neutron dingin di beberapa reaktor penelitian : menghasilkan distribusi Maxwell-Boltzmann untuk neutron yang maksimumnya bergeser ke energi yang jauh lebih rendah.
    • Hidrogen dikombinasikan dengan karbon seperti dalam lilin parafin digunakan dalam beberapa percobaan Jerman awal.
  • Deuterium, dalam bentuk air berat, dalam reaktor air berat, misalnya CANDU. Reaktor yang dimoderasi dengan air berat dapat menggunakan uranium alam yang tidak diperkaya.
  • Carbon, dalam bentuk grafit tingkat reaktor atau karbon pirolitik, digunakan misalnya dalam reaktor RBMK dan pebble-bed, atau dalam senyawa, misalnya karbon dioksida. Reaktor suhu rendah rentan terhadap penumpukan energi Wigner dalam material. Seperti reaktor yang dimoderasi deuterium, beberapa reaktor ini dapat menggunakan uranium alam yang tidak diperkaya.
    • Grafit juga sengaja dibiarkan dipanaskan hingga sekitar 2000 K atau lebih tinggi di beberapa reaktor penelitian untuk menghasilkan sumber neutron panas : memberikan distribusi Maxwell-Boltzmann yang maksimumnya menyebar untuk menghasilkan energi neutron yang lebih tinggi.
  • Beryllium, dalam bentuk logam. Berilium mahal dan beracun, sehingga penggunaannya terbatas.
  • Lithium-7, dalam bentuk garam litium fluorida, biasanya bersama dengan garam berilium fluorida (FLiBe). Ini adalah jenis moderator yang paling umum dalam reaktor garam cair.

Bahan inti ringan lainnya tidak cocok karena berbagai alasan. Helium adalah gas dan memerlukan desain khusus untuk mencapai kepadatan yang cukup; lithium-6 dan boron-10 menyerap neutron.[12][13][14][15][16] [17][18]

Moderator Reaktor PLTN saat ini
Moderator Reaktor Desain Negara
kosong (cepat) 1 BN-600, BN-800 Rusia (2)
grafit 25 AGR, Magnox, RBMK Inggris (14), Rusia (9)
air berat 29 CANDU, PHWR Kanada (17), Korea Selatan (4), Rumania (2), Cina (2),
India (18), Argentina, Pakistan
air ringan 359 PWR, BWR 27 negara

Lihat pula

sunting

Referensi

sunting
  1. ^ Miller, Jr., George Tyler (2002). Living in the Environment: Principles, Connections, and Solutions (12th Edition). Belmont: The Thomson Corporation. hlm. 345. ISBN 0-534-37697-5.
  2. ^ Kratz, Jens-Volker; Lieser, Karl Heinrich (2013). Nuclear and Radiochemistry: Fundamentals and Applications (Edisi 3). John Wiley & Sons. ISBN 9783527653355. Diakses tanggal 27 April 2018.
  3. ^ De Graef, Marc; McHenry, Michael E. (2012). Structure of Materials: An Introduction to Crystallography, Diffraction and Symmetry. Cambridge University Press. hlm. 324. ISBN 9781139560474. Diakses tanggal 27 April 2018.
  4. ^ Stacey., Weston M (2007). Nuclear reactor physics. Wiley-VCH. hlm. 29–31. ISBN 978-3-527-40679-1.[pranala nonaktif permanen]
  5. ^ Dobrzynski, L.; K. Blinowski (1994). Neutrons and Solid State Physics. Ellis Horwood Limited. ISBN 0-13-617192-3.
  6. ^ Arregui Mena, J.D.; et al. (2016). "Spatial variability in the mechanical properties of Gilsocarbon". Carbon. 110: 497–517. doi:10.1016/j.carbon.2016.09.051.
  7. ^ Arregui Mena, J.D.; et al. (2018). "Characterisation of the spatial variability of material properties of Gilsocarbon and NBG-18 using random fields". Journal of Nuclear Materials. 511: 91–108. Bibcode:2018JNuM..511...91A. doi:10.1016/j.jnucmat.2018.09.008.
  8. ^ Operation Upshot–Knothole
  9. ^ W48 - globalsecurity.org
  10. ^ "Atomic Bomb Chronology: 1942-1944". Diarsipkan dari asli tanggal 2008-05-28. Diakses tanggal 2008-12-16.
  11. ^ Hans Bethe in Physics Today Vol 53 (2001) [1]
  12. ^ Herken, Gregg (2003). Brotherhood of the Bomb.
  13. ^ Hansen, Chuck (1995). Swords of Armageddon. Vol. III. Diakses tanggal 2016-12-28.
  14. ^ Hansen, Chuck (1995). Swords of Armageddon. Vol. I. Diakses tanggal 2016-12-28.
  15. ^ Hansen, Chuck (1995). Swords of Armageddon. Vol. VII. Diakses tanggal 2016-12-28.
  16. ^ Paul Lawrence Rose (1998). Heisenberg and the Nazi Atomic Bomb Project: A Study in German Culture. University of California Press. hlm. 211. ISBN 978-0-520-21077-6. Diakses tanggal 6 May 2017.
  17. ^ Nuclear Weapons Frequently Asked Questions - 4.1.7.3.2 Reflectors
  18. ^ N Moderation

📚 Artikel Terkait di Wikipedia

Suhu neutron

medium (moderator neutron) pada suhu ini, neutron yang tidak diserap mencapai tingkat energi ini. Neutron termal memiliki penampang penyerapan neutron efektif

Pembangkit listrik tenaga nuklir

menggunakan moderator neutron untuk melambatkan atau me-moderate neutron sehingga mereka dapat menghasilkan reaksi fissi selanjutnya. Neutron yang dihasilkan

Reaktor CANDU

sebagai moderator. Air berat 1.700 kali lebih efisien daripada air biasa (air ringan) dalam memperlambat neutron, sehingga jauh lebih sedikit neutron yang

Reaktor nuklir

seperti itu, batang kendali yang mengandung racun neutron dan moderator neutron dapat mengubah bagian neutron yang akan menyebabkan lebih banyak fisi. Reaktor

Grafit nuklir

dibuat secara khusus untuk digunakan sebagai moderator neutron (pelambat neutron) atau pemantul neutron dalam sebuah reaktor nuklir. Grafit adalah bahan

RBMK

online Inti reaktor nuklir Moderator neutron Cairan pendingin Air berat Batang kendali (reaktor nuklir) Startup sumber neutron Pompa air umpan boiler Bejana

Cairan pendingin

yang berfungsi sebagai pendingin primer sekaligus moderator neutron. Air berat ini tidak menyerap neutron terlalu banyak, memungkinkan reaktor menggunakan

Reaktor suhu sangat tinggi

keluaran 1000 °C. Teras inti reaktor dapat berupa "blok prisma". Moderator neutron adalah grafit. sedangkan coolant adalah gas helium dan molten salt