Neutronenabsorber

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Ein Neutronenabsorber ist in der Reaktorphysik ein Material, das der Kernspaltungs-Kettenreaktion durch eine geeignete andere Kernreaktion freie thermische Neutronen entzieht. Mit Neutronenabsorbern lässt sich daher die Anzahl der Neutronen im Reaktorkern steuern, also der Verlauf der Kettenreaktion regulieren oder ganz unterbinden.

Neutronenabsorber werden aber nicht nur in Reaktoren, sondern beispielsweise auch in Abschirmungen gegen Neutronen verwendet.

Verwendete Reaktionen[Bearbeiten]

Die verwendeten Kernreaktionen sind meist, aber nicht immer, vom Typ (n,γ), also Neutroneneinfang. Bei der Einfangreaktion entsteht Gammastrahlung, bei anderen Absorptionsreaktionen werden geladene Teilchen freigesetzt. Beispiele:

Wirkungsquerschnitt für Neutronenabsorption (Obere Kurve für 10B, untere für 11B)
Cadmium: 113Cd(n,γ)114Cd + 9,0 MeV
Bor: 10B(n,α)7Li + 2,8 MeV.

Ein Cadmiumblech von 1 mm Dicke verringert den durchtretenden thermischen Neutronenfluss etwa um das 105-fache, also auf 1 Hunderttausendstel.

Auch am gewöhnlichen Wasserstoff gibt es eine Einfangreaktion mit merklichem Wirkungsquerschnitt:

1H(n,γ)2H + 2,2 MeV

Diese Absorption am Wasserstoff ist der Grund dafür, dass ein Leichtwasserreaktor mit Natururan nicht kritisch werden kann.

Reaktorsteuerung und -abschaltung[Bearbeiten]

Reaktorsteuerstäbe bestehen aus Elementen mit großem Wirkungsquerschnitt für eine Absorptionsreaktion, beispielsweise Cadmium, Gadolinium oder Bor.

In Leichtwasserreaktoren verwendet man neben Steuerstäben häufig die wasserlösliche Borsäure zur Regulierung der Reaktorleistung sowie zur Notabschaltung (Notborierung) des Reaktors im Falle einer Fehlfunktion der Steuerstäbe. Zur Notabschaltung wird der Reaktordruckbehälter mit stark borsäurehaltigem Wasser geflutet, um die Kettenreaktion sehr rasch zum Erliegen zu bringen.[1]

Neutronengifte[Bearbeiten]

Einige Neutronenabsorber entstehen im Reaktor als unvermeidliche Nebenprodukte. Ihre Wirkung muss während des Reaktorbetriebs durch entsprechendes Entfernen anderer Absorber ausgeglichen werden. Eines dieser sogenannten Neutronengifte ist das Xenon-Isotop 135Xe, das durch die so genannte Xenonvergiftung nach einer Reaktorabschaltung für eine gewisse Zeit das Wiederanfahren unmöglich macht.

Neutronenabsorbierende Nuklide allgemein[Bearbeiten]

Nuklidkarte mit Wirkungsquerschnitt für Neutroneneinfang

Außer den oben schon genannten Materialien sind z. B. Silber, Indium, Cobalt, Hafnium und viele Seltene Erden-Elemente relativ starke Neutronenabsorber.

Das nebenstehende Bild zeigt eine Nuklidkarte mit farblicher Kennzeichnung des Wirkungsquerschnitts für Neutroneneinfang (also nicht für jede Art der Absorption eines thermischen Neutrons). Durch Doppellinien hervorgehoben sind die „magischen“ Protonen- und Neutronenzahlen; man erkennt, dass dieser Wirkungsquerschnitt bei solchen magischen Atomkernen meist klein, fern von magischen Zahlen dagegen groß ist.

Quellen[Bearbeiten]

  1. Notabschaltung des KKW Kosloduj im März 2006.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]