MI a különbség a szabályzó-rúd illetve a moderátor között az atomreaktorokban? Milyen funkcióbeli különbség van?

A kettő pont ellenkező hatást fejt ki egy atomreaktorban. A moderátor lelassítja a neutronokat, melyek így nagyobb eséllyel okoznak maghasadást, azaz segítik a láncreakciót, a szabályzórudak pedig elnyelik a neutronokat, ezáltal megakadályozva hogy azok további maghasadásokat idézzenek elő, ergo gátolják a láncreakciót.

Míg a szabályzó rudak a láncreakció szabályzásáért, szinten tartásáért felelnek, addig a moderátorra azért van szükség, mert alacsony dúsítottságú uránt használunk üzemanyagként(2-5%), a magasabb dúsítottságú urán 235-őt használó gyorsreaktorokban nincs szükség moderátorra.

Vannak hasadóképes (fissionable) magok (gyakorlatilag minden, ami a tóriumnál nehezebb) amelyek gyors neutron hatására valamekkora valószínűséggel elhasadnak. Általában minél nagyobb a a bejövő neutron energiája, annál nagyobb eséllyel hasadnak el.

És vannak a hasadó (fissile) magok (pl. U-235, Pu-239, Pu-241) amelyen ugyanúgy tudják a gyorsneutronos hasítást, de alacsony energiájú bejövő neutronra is elhasadnak, méghozzá több nagyságrenddel (kb 1000x) nagyobb valószínűséggel mint gyors neutronokra. És minél kisebb a bejövő neutron energiája, annál nagyobb eséllyel hasadnak el.

Nem véletlen tehát, hogy reaktorban hasadó-anyagokat igyekeznek használni a láncreakció fenntartására. Igen ám, de a hasadásban gyors neutronok keletkeznek, szóval ha fenn akarod tartani a láncreakciót, akkor a keletkező gyors neutronokat először le kell lassítani. Nem elnyelni - elnyelés nélkül lelassítani! Erre való a moderátor. Olyan anyag jó moderátornak, amely atomtömege kicsi (jobban lassul rajta ütközve a neutron) és amelyik neutronbefogási képessége minimális. Mindössze 2 olyan anyagot ismerünk amelyekkel természetes uránból reaktort lehet építeni: a grafit és a nehézvíz. A C-12, a H-2 és az O-16 mind olyan magok amelyek nagyon kis eséllyel fognak be neutront. A leggyakrabban használt közönséges vízben levő H-1-nek bár alacsony, de nem elhanyagolható a befogási képessége, ezért a könnyűvizes reaktorokban dúsítani kell az uránt.

Egy tipikus nyomottvizes (PWR) reaktorban az optimálisnál kevesebb a moderátor, úgy hívják ezt, hogy a reaktor alulmoderált. Ez egy nagyon fontos tulajdonság ami a nyomottvizes reaktorok inherens biztonságát garantálja. Arról van szó, hogy ha bármilyen oknál fogva megnő a reaktor teljesítménye, akkor a víz hőmérséklete megnő, emiatt a sűrűsége csökken (esetleg buborék képződik benne), emiatt rosszabb moderátor lesz belőle, emiatt a reaktor teljesítménye csökken. Ez a reaktor önszabályozó!

Az RBMK-ban grafit a moderátor, de víz a hűtőközeg. A grafit nagyon csekély elnyeléséhez képest a víz itt már neutronelnyelőként funkcionál. Ez okozza a filmben is emlegetett pozitív üregegyütthatót. Ha megnő a reaktor teljesítménye, akkor több lesz a vízben a buborék (az RBMK-ban alapból is forr a víz), és a több buborék kevesebb neutronelnyelőt jelent, ami még tovább növeli a reaktor teljesítményét. Ez egy nagyon fontos és kiküszöbölhetetlen hiányossága a grafit-vizes reaktoroknak. Amerikában az ilyen reaktorok polgári célú alkalmazását már évtizedekkel Csernobil előtt betiltották. (Hadászati célra persze használták, mert tök jól lehet vele plutóniumot termelni)

Az elnyelőről:

Ahhoz hogy a láncreakciót hosszú távon fenntartsd, több hasadóanyagot kell a reaktorba tenni, mint amennyi a láncreakció beindításához szükséges. Ugyanakkor ha stabil teljesítményt akarsz, akkor el kell érned, hogy az egy darab hasadásban keletkező átlagosan 2,5 db neutronból pontosan 1 darab hasítson újra. A maradék másfél vagy kiszökik a reaktor térfogatából, vagy elnyelődik valamiben. Hogy ezt a pontosan 1 darabot be tudd állítani, kell hogy legyen valami a kezedben, amivel változtatni tudod a reaktorban levő neutronelnyelő anyag mennyiségét.

Egy tipikus PWR-ben erre 2 mód adódik. Az egyik a vízben oldott bórsav koncentrációjának változtatása (széles határok között de lassan tudod változtatni az elnyelő mennyiségét) illetve a neutron-elnyelő anyagból készült szabályozó-rudak húzogatása (amivel kisebb tartományban, de gyorsan és pontosan tudod változtatni).

Az RBMK-ban nincs bórsav, viszont nincs is benne akkora reaktivitás-tartalék mint a PWR-ben, mert üzem közben is lehet benne üzemanyagot cserélni.

a sorozat 5 részében (16-án vasárnap adják magyarul, ha jól tudom), lesz a bírósági tárgyalás és az alatt részletesen elmagyarázzák majd, hogy minek mi a funkciója, mi történt, miért és hogyan.

(ha megy az angol, akkor már elérhető minden része ;) )

"nem értem még, hogy a grafithegy és a védőépület hiánya között mi az összefüggés."

Semmi.

Az, hogy a szabályozó rúdnak grafitból volt az alja azt jelentette, hogy amikor megpróbálták vészleállítani a reaktort, akkor extra elnyelő helyett extra moderátort juttattak a reaktorba, ami az adott körülmények között elég volt ahhoz, hogy a reaktor teljesítménye másodpercek alatt a névleges ezerszeresére szaladjon fel.

Ha lett volna védőépület, kisebb lett volna a kibocsátás. Talán. Az akkori hivatalos orosz álláspont szerint az RBMK annyira biztonságos, hogy védőépületre semmi szükség. Ez nem jött be. Az persze kérdéses, hogy ha lett volna védőépület, az kibírt volna-e egy ekkora robbanást. De ha meg is sérül, valószínűleg akkor is benntartott volna egy csomó mindent, ami így kikerült. Szóval jó lett volna, ha van, de nem volt.