E 2016. okt. 27. T 3.

Mitől lassulnak le termikus sebességűre egy atomerőmű aktív zónájában a maghasadás során keletkező gyors neutronok?

  A)  A neutronok közt ható magerők lassítják le őket. 

  B)  Az aktív zónában lévő elektromágneses terek lassítják le őket. 

  C)  Atomokkal való ütközések során lassulnak le.

  D)  A szabályozórudak lassítják le őket.

 A)  A neutronok közt ható magerők lassítják le őket.

 B)  Az aktív zónában lévő elektromágneses terek lassítják le őket.

 C)  Atomokkal való ütközés során lassulnak le. 

 D)  A szabályozórudak lassítják le őket.

A hasadásban keletkező gyorsneutronok elsősorban a moderátor közeg atommagjaival történő ütközések miatt lassulnak le. A moderátorokról itt lehet részletesen olvasni.

Természetesen az aktív zóna többi alkatrészének atommagjaival való ütközésben is csökkenthet a neutronok sebessége, de mivel a moderátor direkt erre a feladatra van oda tervezve, ezért ő ezt a feladatot messze hatékonyabban végzi, így a többi alakatrész moderáló (neutronlassító) hatása jóval kisebb a moderátor lassító hatásához képest.

Az A) válaszban nem egyértelmű, hogy milyen neutronok közötti magerőre kell gondolni. Ha a hasadásban keletkező, és az aktív zónában repkedő neutronok között ható magerőre, akkor ez a válasz helytelen, ugyanis a hasadási neutronok mennyisége (fluxusa) az atomerőműben nem annyira nagy, hogy az egymással való ütközés gyakori esemény lenne számukra, és szerepet játszana a lassulásukban. A hasadási neutronok sok nagyságrenddel gyakrabban ütköznek az aktív zóna atomjainak magjaival, mint egymással. Viszont amikor egy hasadási neutron egy atommaggal ütközik, olyankor nem az egész atommaggal hat kölcsön, hanem lényegében annak egyik nukleonjával, vagyis egy magbeli neutronnal vagy egy magbeli protonnal. Mivel a legtöbb atommagban a nukleonoknak durván a fele proton, másik fele neuron, ilyen értelmezésben az A) válasz kb. "félig helyes". Bár a jelenleg működő atomerőművek kb. 75%-a nyomottvizes típus, ahol a moderálást főleg a közönséges csapvíz hidrogénmagjai végzik, amikben viszont nincs neutron, csak egyetlen proton. (Illetve kb. minden 7000 hidrogénmagból egynek van a protonja mellett egy neutronja is, ez a hidrogén deutérium nevű izotópja.) Ilyen értelemben a legtöbb atomerőműben a neutronok attól lassulnak, mert a víz hidrogénatomjainak magjában lévő protonnal ütköznek, vagyis innen nézve a válasz helytelen. (Nem jó, ha többféleképp értelmezhető egy feladat.)

A B) válasz egyértelműen nem helyes, mert a neutron semleges, így az elektromágneses tér nem hat rá. (Precízkedve hozzá tehetjük, hogy a neutronnak semlegessége ellenére elektromos dipólmomentuma azért van, így részt vesz elektromágneses kölcsönhatásokban is, de a nagy energiáról termikus sebességre lassulásában mindez teljesen elhanyagolható szerepet játszik.)

A C) válasz a javítókulcs szerinti helyes, bár nem pontos a szóhasználata, mivel az "atomokkal való ütközések" kifejezés inkább az elektronfelhővel való kölcsönhatásra utal, de a neutronok az elektronokkal nem hatnak kölcsön, hanem csak az atomok magjaival. Egyértelműen helyes lenne ez a válasz, ha "az atommagokkal való ütközések" kifejezés került volna bele.

A D) válasz egyértelműen nem helyes, mert a szabályzórudak neutronelnyelő anyagból vannak. Funkciójuk nem a gyorsneutronok lelassítása (moderálása), hanem a láncreakció kontrol alatt tartása a (hasadást okozó) neutronok számának szabályozása révén. Természetesen megtörténhet, hogy a neutron a szabályozórúdban egy atommaggal ütközve nem elnyelődik, hanem szóródik (mint a moderátorban), amitől aztán lassul is, de a szabályzórúdban nem ez a jellemző folyamat, hanem az elnyelődés.