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：慢化劑
• 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

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（氘，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，可用於非氧化氣氛的高溫堆中。

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	水	重水	鈹	石墨
平均對數能降增量	0.924	0.515	0.209	0.158
慢化能力	1.35	0.188	0.154	0.064
慢化比	70	2000	159	170