Techniklexikon

Moderator

KernphysikEnergietechnik, regenerierbare Energiequellen, Stosspartner schneller Neutronen in einem Kernreaktor zur Thermalisierung und damit zur Erhöhung des Wirkungsquerschnitts für den Neutroneneinfang durch den Spaltkern (Einfangquerschnitt). Die bei einer Uran-Kernspaltung freigesetzten Neutronen besitzen eine hohe kinetische Energie und daher einen niedrigen Einfangquerschnitt ( ausserhalb von Resonanzen). Stösse mit Teilchen vergleichbarer Masse erlauben einen maximalen elastischen Energieübertrag und führen daher zu einer effizienten Abbremsung auf thermische Energien (), bei denen ein effizienterer Neutroneneinfang möglich ist. Übliche Moderatoren sind (leichtes) Wasser H₂O, schweres Wasser D₂O sowie Graphit. Die Wirksamkeit eines Moderatormaterials ist temperaturabhängig. Ein Vergleich zwischen Graphit und Wasser macht dies deutlich: Steigt die Leistung des Reaktors an, so steigt in Wasser die Dampfbildung, wodurch dessen Dichte und in Folge Abbremsrate und Absorption abnehmen. Wird Graphit als Moderator und Wasser als Kühlmittel eingesetzt, wächst wegen der abnehmenden Absorptionsrate im Wasser die Abbremsrate, so dass Spaltrate und Leistung steigen. Dieser Prozess mit positiver Rückkopplung kann nur durch geeignete Sicherheitseinrichtungen beherrscht werden, ohne dass der Leistungsanstieg ausser Kontrolle gerät. Im Reaktor von Tschernobyl führte er nach zusätzlicher Fehlbedienung 1986 zum Reaktorunfall. Bei Leichtwasserreaktoren hingegen (speziell Siedewasserreaktoren) ist Wasser Kühlmittel und Moderator zugleich. Steigt die Leistung an, sinkt die Spaltrate wegen der abnehmenden Bremsrate, so dass eine negative Rückkopplung vorliegt. Ein totaler Kühlmittelverlust führt direkt zum Erliegen der Kettenreaktion. Analoges gilt für den Kugelhaufenreaktor (Hochtemperaturreaktor) mit He-Gas als Kühlmittel und Moderator.