Reaktor jądrowy to urządzenie, w którym zachodzi kontrolowana, samopodtrzymująca się łańcuchowa reakcja rozszczepienia jąder pierwiastków ciężkich, czyli inaczej mówiąc reakcja jądrowa.
Do czego służy?
Reaktor jądrowy jest integralnym elementem elektrowni jądrowej, w którym następuje proces inicjacji, kontroli oraz podtrzymywania reakcji łańcuchowych rozpadu jądrowego.
W wyniku reakcji rozszczepienia w rdzeniu reaktora jądrowego wytwarza się promieniowanie jądrowe (głównie neutrony i promieniowanie gamma) oraz ciepło.
Podczas tej reakcji zostaje utworzonych także wiele nuklidów. Aby uniknąć nagłego wzrostu szybkości reakcji, reaktor dzieli się na strefy wypełnione na przemian paliwem, chłodziwem oraz moderatorem, czyli substancją spowalniającą neutrony.
Ogromna moc, ale jak ją ujarzmić?
Szybkość reakcji kontrolowana jest m.in. przez zmianę wzajemnego położenia lub proporcji tych składników, a także przez wprowadzanie dodatkowych substancji pochłaniających lub spowalniających neutrony, zawartych w tzw. prętach regulacyjnych służących do normalnej regulacji parametrów reakcji oraz prętach bezpieczeństwa stosowanych do awaryjnego wyłączania reaktora.
Odpowiednio sterując prętami regulacyjnymi można uzyskać stan krytyczny reaktora przy różnym poziomie mocy, ograniczonym jedynie wydajnością odprowadzania ciepła.
Uzyskana moc zależy od wielkości strumienia neutronów w rdzeniu, tak więc jeśli pręty zostaną podniesione i pozwoli się na zaistnienie przez pewien czas stanu nadkrytycznego, wartość strumienia neutronów ulegnie zwiększeniu, natomiast po opuszczeniu prętów do początkowego poziomu jego wartość ustali się na wyższym poziomie dając odpowiednio wyższą moc ustaloną.
Czym zasilany jest reaktor jądrowy?
Jako paliwo jądrowe stosuje się substancje zawierające izotopy rozszczepialne tj. izotopy ciężkie, których jądra łatwo ulegają rozszczepieniu w wyniku bombardowania neutronami o małych energiach. Aby nie dopuścić do wydostania się na zewnątrz reaktora produktów rozszczepienia, paliwo jądrowe jest zamknięte wewnątrz elementów paliwowych mających najczęściej postać walcowych, kulistych lub płytkowych prętów.
Jak działa reaktor?
W trakcie reakcji rozszczepienia powstają nowe jądra – tzw. fragmenty rozszczepienia, które zapoczątkowują łańcuchy rozpadów promieniotwórczych. Elementy tych łańcuchów stanowią produkty rozszczepienia (większość z nich – to izotopy promieniotwórcze).
Energia wydzielona w procesie rozszczepienia jest głównie energią kinetyczną fragmentów rozszczepienia, po czym, w oddziaływaniu z atomami paliwa, zamienia się w energię cieplną.
W celu odprowadzenia wydzielonego ciepła, między prętami przepływa chłodziwo – substancja mająca mały przekrój czynny na chwytanie neutronów. Jako chłodziwa używa się np. wody – zwykłej lub ciężkiej, ciekłego sodu, helu lub dwutlenku węgla. Przepływ chłodziwa przez reaktor jest wymuszany przystosowanymi do tego celu pompami.
Rodzaje reaktorów jądrowych.
Podziału reaktorów jądrowych można dokonać ze względu na reakcję jądrową, według ich konstrukcji oraz według chłodziwa.
Podział pod kątem reakcji jądrowej
Dokonując podziału pod kątem zachodzącej reakcji jądrowej, możemy wyróżnić:
- reaktory termiczne
- reaktory epitermiczne
- reaktory prędkie
Podział reaktorów według ich konstrukcji
W przypadku podziału reaktorów według ich konstrukcji, reaktory dzielą się na:
- reaktory zbiornikowe
- reaktory kanałowe.
Podział zgodnie z rodzajem chłodziwa
Natomiast dokonując podziału reaktorów ze względu na chłodziwa należy wyróżnić:
- reaktory wodne, ciśnieniowe
- reaktory wodne, wrzące
- reaktory ciężkowodne
- reaktory gazowe
- reaktory solne.
