Absorbátory neutronů jsou látky, které obsahujíizotopy s vysokou schopností pohltitneutron. Z pohledujaderné energetiky jsou zásadním prvkem pro řízeníštěpné řetězové reakce^[1] vjaderném reaktoru, kde podle potřeby absorbují neutrony. Absorbátory se nachází jak v řídicích, tak havarijních prvcích reaktoru. Nejčastějšími absorbátory jsoubór akadmium nebogadolinium^[2].

V jaderném reaktoru se získává energie štěpením jader vhodných izotopů. Jako příklad lze uvést běžné palivouran${\displaystyle {}_{92}{}^{235}\text{U}}$ a jeho jednu z mnoha štěpných reakcí^[3]:

${\displaystyle {}_0{}^1\text{n}+{}_{92}{}^{235}\text{U}⟶{}_{56}{}^{144}\text{Ba}+{}_{36}{}^{89}\text{Kr}+3{}_0^1\text{n}+{\text{E}}_{\text{f}}^{}}$

Člen${\displaystyle {\text{E}}_{\text{f}}^{}}$ vyjadřuje množství energie uvolněné při jednom štěpení. Pro uran platí${\displaystyle {\text{E}}_{\text{f}}^{}\approx 200\text{MeV}}$^[4].

Z rovnice vyplývá, že z jednoho neutronu vznikají štěpením tři nové (průměrně 2,43^[5] pro uran), které se mohou účastnit další štěpné reakce. Pokud by nedocházelo k regulaci počtu neutronů, rostlo by jejich množstvíexponenciálně^[6]. Stejně tak by se uvolňovalo víc štěpné energie a docházelo by k enormnímu vývinu tepla. Takový stav je nežádoucí a může vést k havárii, proto je třeba neutrony absorbovat.

Když se neutron pohybuje prostředím, může interagovat dvojím způsobem^[5]:

• rozptyl: neutron se odrazí od terčového jádra
• absorpce: neutron je pohlcen v terčovém jádře

Míru pravděpodobnosti obou jevů určujemikrosopický účinný průřez pro rozptyl${\displaystyle {\sigma }_s}$ a pro absorpci${\displaystyle {\sigma }_a}$. Každý izotop má určité hodnoty${\displaystyle {\sigma }_s}$ a${\displaystyle {\sigma }_a}$, které vyjadřují vliv daného izotopu na tok neutronů. Absorbátory jsou tedy látky s vysokou hodnotu${\displaystyle {\sigma }_a}$. Stejně takjaderné palivo musí mít schopnost absorbovat neutron, aby mohlo dojít ke štěpení. Naproti tomu konstrukční materiály, pokud nemají zasahovat do neutronové bilance reaktoru, musí mít co nejmenší${\displaystyle {\sigma }_a}$.

Když dojde k pohlcení neutronu v terčovém jádře, nastává jeden z následujících procesů^[5]:

• radiační záchyt${\displaystyle (n,\gamma )}$: neutron je pohlcen v jádře a přebytečná energie je vyzářena jedním nebo více fotonygama záření
• záchyt s vyzářením částice${\displaystyle (n,\alpha )/(n,p)}$: neutron je pohlcen a dojde k odštěpení${\displaystyle \alpha }$ částice nebo protonu
• štěpení${\displaystyle (n,f)}$: zásadní reakce pro jadernou energetiku, pohlcením neutronu vznikne nestabilní izotop, který se rozpadne a uvolní energii

O tom, jakým způsobem je neutron pohlcen, rozhoduje především izotop terčového jádra. Dále hraje roli energie neutronu a pravděpodobnost. Všechny jevy probíhají jen s určitou mírou pravděpodobnosti vyjádřenou odpovídajícími miskroskopickými průřezy.

Tepelný výkon reaktoru je úměrný počtu štěpení vaktivní zóně a tím i neutronovému toku. Regulací neutronového toku lze řídit výkon reaktoru. Veličina popisující odchylku od kritického stavu se nazýváreaktivita a značí se${\displaystyle \rho }$. Platí následující^[6]:

• :podkritický reaktor, výkon se snižuje a neutronový tok klesá
• ${\displaystyle \rho =0}$:kritický reaktor, výkon ani neutronový tok se nemění
• ${\displaystyle \rho >0}$:nadrkitický reaktor, výkon i neutronový tok rostou

Při změně výkonu, odstavení anebo najetí reaktoru je potřeba měnit reaktivitu aktivní zóny. K tomu se v reaktorech používajíregulační tyče vyrobené z absorbujícího materiálu. Zasunutím regulačních tyčí se vnáší záporná reaktivita a výkon klesá.

V rámci jedné palivové kampaně v reaktoru probíhají procesy, které snižují reaktivitu. Hlavně se uplatňuje:

• vyhořívání paliva: úbytek štěpných jader v palivu a tím oslabování neutronového toku
• zastruskování reaktoru: v reaktoru se množí štěpné produkty, z nichž některé absorbují neutrony

Aby reaktor mohl pracovat po celou dobu kampaně, musí se vysoká reaktivita čerstvého paliva kompenzovat zavedením záporné reaktivity opět pomocí absorbátoru (rozpustného nebo vyhořívajícího).

Hodnoty${\displaystyle {\sigma }_a}$ pro energii neutronů 0,0253 eV^[7]

Izotop	${\displaystyle {\sigma }_a[b=c{m}^2\cdot {10}^{-24}]}$	Typ absorpce
${\displaystyle {}^{10}\text{B}}$	3 844	${\displaystyle (n,\alpha )}$
${\displaystyle {}^{113}\text{Cd}}$	19 969	${\displaystyle (n,\gamma )}$
${\displaystyle {}^{155}\text{Gd}}$	60 737	${\displaystyle (n,\gamma )}$
${\displaystyle {}^{157}\text{Gd}}$	252 912	${\displaystyle (n,\gamma )}$
${\displaystyle {}^{167}\text{Er}}$	650	${\displaystyle (n,\gamma )}$
${\displaystyle {}^{161}\text{Dy}}$	600	${\displaystyle (n,\gamma )}$
${\displaystyle {}^{164}\text{Dy}}$	2 653	${\displaystyle (n,\gamma )}$
${\displaystyle {}^{151}\text{Eu}}$	9185	${\displaystyle (n,\gamma )}$[8]

Regulační tyče bývají vyrobeny z ocelilegované absorbátorem. Proto musí mít absorbátor kromě vysokého${\displaystyle {\sigma }_a}$ i vhodné metalurgické vlastnosti. Do regulačních tyčí se používá zpravidla bór nebo kadmium^[9].

Pokud je reaktor chlazen nebomoderován vodou, je možné přidávat absorbátor ve formě vodného roztoku kyseliny nebo soli.Tlakovodní reaktory používají nejčastějikyselinu boritou${\displaystyle {\text{H}}_3^{}\text{B}{\text{O}}_3^{}}$. Další používaná sloučenina jedusičnan gadolinitý${\displaystyle \text{Gd}{({\text{NO}}_3^{})}_3^{}}$. Ten se používá v reaktorechCANDU^[10] pro havarijní odstavení, kdy je bohatý roztok absorbátoru vtlačován do prostorukalandrie, aby zastavil štěpnou reakci.

Na rozdíl od ostatních absorbátorů jsou vyhořívající absorbátory pevně spjaty s palivem a počítá se s jejich úbytkem v čase. Vzhledem k tomu, že je činnost vyhořívajících absorbátorů časově omezená, je důležité aby izotopy vznikajícípřeměnou absorbátoru měly malý${\displaystyle {\sigma }_a}$ a dál už neovlivňovaly neutronový tok. Tuto podmínku splňují všechny uvedené prvky vyjmadysprosia. Dysprosium${\displaystyle {}^{161}\text{Dy}}$ se záchytem neutronů mění na${\displaystyle {}^{161}\text{Dy}}$ …${\displaystyle {}^{164}\text{Dy}}$, kde všechny vznikající izotopy mají výrazný${\displaystyle {\sigma }_a}$^[7].

Z hlediska trvanlivosti vyhořívajícího absorbátoru není vysoká hodnota${\displaystyle {\sigma }_a}$ optimální, protože dochází k velmi rychlému vyhoření.

Vyhořívající absorbátory umožňují obohacení paliva nad hodnotu${\displaystyle 4\mathrm{\%}{}^{235}U}$. Vyšší obohacení prodlužuje palivovou kampaň a má pozitivní ekonomický dopad. Rozložení a koncentrace absorbátoru v palivovém souboru je zásadním prvkem designu vysoce obohacených paliv a je součástí know-how každého výrobce.

Pomocí vyhořívajících absorbátorů lze upravovat neutronový tok v aktivní zóně a profilovat rozložení výkonu v reaktoru. Rozmístění absorbátorů a čerstvých palivových souborů je předmětem optimalizace při fyzikálním výpočtu palivové vsázky.

Integrální absorbátor je přímo součástí paliva a nachází se vpalivových proutcích. Absorbátor se přidává ve formě prášku jakooxid gadolinitý${\displaystyle {\text{Gd}}_2^{}{\text{O}}_3^{}}$, nebo diborid zirkonia${\displaystyle {\text{ZrB}}_2^{}}$^[9]. Prášek může být buď zalisovaný do matrice paliva vpalivové peletce, nebo naprášený na povrchu peletky ve formě tenkého filmu.

Výhodou integrálního absorbátoru je, že nenarušuje zavedený tvar palivového souboru ani jeho hydraulické vlastnosti. Integrální absorbátory lze používat jak v tlakovodních takvarných reaktorech.

Nevýhodou je sníženítepelné vodivosti,teploty tání a sklon k napuchání palivových peletek^[9]. Peletky s vyhořívajícím absorbátorem se musí vyrábět v jiném závodě než běžné palivo, aby nedošlo k vzájemné kontaminaci. I velmi malá množství nechtěného absorbátoru mohou mít negativní vliv na průběh vyhořívání paliva.

Diskrétní absorbátor se nachází v palivovém souboru ve formě absorpčních proutků. Konstrukce absorpčních proutků je podobná jako u palivových, lisované peletky absorbátoru jsou uloženy v zirkoniovém obalu a hermeticky utěsněny. Pro výrobu peletek se používá práškovýkarbid boru${\displaystyle {\text{B}}_4^{}\text{C}}$^[9].

Výhodou diskrétních absorbátorů je, že nejsou pevnou součástí paliva a lze je využívat modulárně, tj. skládat palivové soubory různými způsoby podle potřeby.

Nevýhody diskrétních absorbátorů se vztahují k větší produkci radioaktivního odpadu a narušení hydraulického návrhu aktivní zóny. V neposlední řadě je problematické použití bóru, který se záchytem neutronu štěpí nalithium ahelium. Plynný produkt štěpení potom tlakově namáhá zirkoniový obal proutku. To platí pro integrální i diskrétní absorbátory.

Diskrétní absorbátory se nepoužívají ve varných reaktorech^[2].

• SKLENKA, Ľubomír; HERALTOVÁ, Lenka.Provozní reaktorová fyzika. 2. vyd. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2016. 196 s.ISBN 978-80-01-05901-2. 

• FRÝBORT, Jan; HERALTOVÁ, Lenka; ŠTEFÁNIK, Milan.Úvod do reaktorové fyziky. 1. vyd. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2013. 120 s.ISBN 978-80-01-05322-5. 
• LEWIS, Elmer E.Fundamentals of Nuclear Reactor Physics. [s.l.]: Elsevier Science Publishing, 2008. 312 s.ISBN 978-0-12-370631-7. 
• HEZOUČKÝ, František; ŠTĚCH, Svatobor.Základy teorie normálních a abnormálních provozních režimů energetických bloků s tlakovodními reaktory. 1. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní knihovna, 2015. 199 s.ISBN 978-80-261-0548-0. 

• Řídicí tyč
• Štěpná jaderná reakce
• Moderátor neutronů
• Jaderný reaktor

• Jaderná energetika
• Jaderné elektrárny

• Údržba:Stránky používající zastaralý formát značek math