Modérateur (nucléaire)

Placé au cœur d'un réacteur nucléaire, le modérateur est la substance qui ralentit les neutrons sans les absorber, permettant ainsi une réaction nucléaire en chaîne efficace. L'élément retenu pour concevoir le modérateur d'un réacteur nucléaire est le plus souvent soit : de l'hydrogène : réacteur à eau légère ; du deutérium : réacteur à eau lourde ; ou du carbone : réacteur au graphite. Le principe de ralentissement des neutrons est théorisé par le concept de thermalisation des neutrons et est utilisé dans les réacteurs à neutrons thermiques. Le ralentissement des neutrons est obtenu par un choc entre ce neutron et les noyaux d'atomes du modérateur. Lors de ce choc, une partie de l'énergie du neutron est transmise au noyau, ce qui provoque le ralentissement. Un bon modérateur doit avoir une section efficace à la fois élevée pour les chocs élastiques, mais la plus faible possible pour l'absorption, afin d'éviter la capture neutronique. De plus, le ralentissement sera d'autant plus efficace que le noyau a une masse proche de celle du neutron. Dans un réacteur à neutrons thermiques, le noyau atomique d'un élément lourd tel que l'uranium absorbe un neutron lent, devient instable, et se scinde (fission nucléaire) en deux nucléides plus légers. La fission du noyau de l'uranium 235 (235U) crée deux produits de fission : de deux à trois neutrons rapides, plus une quantité d'énergie qui se traduit principalement en énergie cinétique des produits de fission. Les neutrons libres sont émis avec une énergie cinétique de l'ordre de 2 MeV chacun. Comme le nombre de neutrons libres issus de la fission est supérieur au nombre de neutrons lents nécessaire pour initier celle-ci, la réaction peut s'auto-entretenir sous certaines conditions (c'est une réaction en chaîne), permettant ainsi de libérer une grande quantité d'énergie. vignette|gauche|redresse=1.2|La section efficace, mesurée en barn (unité égale à e−28m2), est une fonction de l'énergie (fonction d'excitation) du neutron entrant en collision avec un noyau d'235U.