Нуклеарни реактор

Из Википедије, слободне енциклопедије
Језгро нуклеарног реактора у коме се налазе уранијумови штапови- гориво.

Нуклеарни реактор је постројење у коме се одвија контролисана нуклеарна ланчана реакција.

Нуклеарни реактори имају много примена. Једна од најважнијих је, наравно, производња електричне енергије. Поред њих, постоје и реактори за истраживања. Њихова основна функција је:

  1. производња радиоизотопа (у индустријске и медицинске сврхе),
  2. ослобађање неутрона из центра реактора (за експерименте),
  3. у циљу образовања и подучавања будућих нуклеарних физичара.

Тренутно, сви нуклеарни реактори света су базирани на фисионој реакцији и сматрају се релативно безбедним произвођачем електричне енергије са минималним краткорочним загађењем животне средине. Међу еколошким круговима, пак, постоји извесна забринутост везана за нуклеарни отпад.

Подела нуклеарних реактора у електранама је извршена на основу горива које се користи, модератора, хлађења итд. Подразумева се да се у доле наведеним реакторима одвија фисиона ланчана реакција, с обзиром да фузиони реактори још увек нису довољно истражено подручје, а још мање комерцијализовано.

Како реактор ради[уреди]

Хетерогени нуклеарни реактор са термичким неутронима. Шема:
1 — Контролне шипке
2 — Биолошка заштита
3 — Зашита
4 — Модератор неутрона
5 — Нуклеарно гориво
6 — Преводилац топлоте

Основни делови у једној нуклеарној електрани су:


Нуклеарној електрани за производњу електричне енергије, пре свега, потребно је нуклеарно гориво. Топлота се производи у нуклеарној фисији у унутрашњости реактора. Када је релативно велико фисионо језгро атома (обично уранијум 235 или плутонијум 239) ударено неутроном, формира два или више мањих нуклеуса као продукте фисије, ослобађајући енергију и неутроне. Новонастали неутрони доводе до даље фисије и настанка нуклеарне ланчане реакције. Када се нуклеарна ланчана реакција контролише, енергија која се ослободи може да се искористи за загревање воде, производи се пара која покреће турбину која иде до генератора електричне енергије. Важно је напоменути да нуклеарна експлозија подразумева неконтролисану ланчану реакцију, док у реактору није могуће достићи овај ниво. Обогаћени уранијум је природни уранијум у коме је повећана процентажа уранијума 235. Природни уранијум садржи само 0,72% уранијума 235, а остало је углавном уранијум 238 (99,2745%) и мало уранијума 234(0,0055%). Повећањем концентрације уранијума 235 у природном уранијуму, повећава се и вероватноћа да дође до фисионе реакције помоћу термичких неутрона, с обзиром да се уранијум 238 већином распада помоћу брзих неутрона а уранијум 235 помоћу термичких.

Конструкција[уреди]

Нуклеарни реактор, обично, садржи следеће делове:

Основна подела реактора[уреди]

Реактори хлађени и модеровани обичном водом (H2O)[уреди]

У ову групу реактора спадају ВВЕР, PWR (реактор са водом под притиском или pressurized water reactor) и BWR (реактор са кључалом водом или Boiling Water Reactor). Сматрају се најбезбеднијом и најпоузданијом технологијом па су с тога и најраспрострањенија врста реактора данас у свету (иако је реактор Острво Три миље, познат по нуклеарној катастрофи 1979. године, овог типа). Нешто нижи притисак користе ректори с кључалом водом. Ефикасност ових реактора је већа него код осталих типова реактора, чак се сматрају стабилнијим и сигурнијим. Нажалост, кључала вода у реактору изазива друге проблеме. Највећи је тај, што радиоактивна вода из реактора може да оштети остале компоненте и озбиљно угрози особље око реактора уколико вода исцури приликом неочекиване хаварије.


Реактори модеровани тешком водом (D2O)[уреди]

PHWR (Реактор са тешком водом под притиском или Pressurized Heavy Water Reactor). Први реактор овог типа изграђен је у Канади, познат под називом КАНДУ. Ови реактори су хлађени и модеровани тешком водом. Због тога, ови реактори могу да користе и природни уранијум. Замена горива у рекатору може да се спроведе и док реактор ради, што омогућава уштеду времена, енергије, уранијума итд. Изграђени су у Канади мада су до данас извезени и у Румунију, Аргентину, Кореју, Индију, Пакистан.

Реактори модеровани графитом (C)[уреди]

РБМК (Реактор Большой Мощности Канального типа) или LWGR (Light Water Graphite Reactor). Ова врста реактора је коришћена углавном у Русији. Направљен у циљу производње плутонијума и електричне енергије. Реактор у Чернобиљу је био овог типа па се с тога ова врста реактора сматра изразито несигурном и недовољно безбедном.

Magnox -GCR (Gas Cooled, Graphite Moderated Reactor) је гасом хлађен и графитом модерован реактор. Обично, за хлађење се користи угљен-диоксид CO2. У поређењу са реакторима који користе воду под притиском, ови реактори показују већу ефикасност упркос већим темепературама. Реактори су осмишљени у Великој Британији и спадају у групу термичких реактора.

Реактори хлађени течним металом[уреди]

Овакав тип реактора нема модератор и производи већу количину горива него што искористи односно потроши. Суперфеникс реактор у Француској је овог типа заједно са Ферми-1 у Сједињеним Америчким Државама. Ови реактори користе течан натријум за хлађење и спадају у групу брзих реактора. Постоје две врсте ових реактора:

  1. Хлађени оловом
  2. Хлађени натријумом

Друге поделе реактора[уреди]

Реактор снаге 1 MW
Контролни пункт нуклеарног реактора

Подела према нуклеарној реакцији[уреди]

1. Фисиона реакција- Већина савремених реактора је базирана на фисионој реакцији. Углавном се за гориво користи уранијум, али се воде истраживања и са торијумовим циклусом. Фисиони реактори се могу поделити у две групе, у зависности од енергије неутрона који се користе да иницирају нуклеарну фисиону ланчану реакцију:

  • Термички реактори користе споре тј. термичке неутроне. Већина реактора је овог типа. Ови неутрони имају већу вероватноћу да иницирају реакцију на уранијуму 235, и мању вероватноћу да буду апсорбовани уранијумом 238 у поређењу са брзим неутронима који су продукт фисионе реакције.
  • Брзи реактори користе брзе неутроне за иницијацију фисионе реакције. Карактеристика ових реактора је да не користе модератор. Ови неутрони имају мању вероватноћу да доведу до фисије уранијума 235 и већу вероватноћу да иницирају фисију на уранијуму 238. Брзи реактори ће у поређењу са термичким реакторима, производити мање радиоактивног отпада. Њихов главни недостатак је веома тешка изградња и скупа техника. Конструкција ових реактора је и даље у развоју у примерима четврте генерације нуклеарних реактора.

2. Фузиона реакција - Физиони снага је и даље у експерименталној фази. Углавном, као гориво се користи водоник.

3. Радиоактивни распад- Ови реактори користе акцелераторе радиоизотопа и атомске батерије, које генеришу топлоту и снагу експлоатисањем пасивног радиоактивног распада.

Подела према типу модератора[уреди]

  1. Реактори модерирани графитом
  2. Реактори модерирани водом
а) Реактори модерирани тешком водом
б) Реактори модерирани обичном водом. Овај тип реактора користи обичну воду за хлађење и модерирање реактора. Графитни и тешко водни реактори веома ефикасно термализују неутроне па се с тога може користити природни уранијум као гориво.

Подела према хлађењу[уреди]

  1. Реактори хлађени водом
  2. Реактори хлађени течним металима
  3. Реактори хлађени гасом, обично хелијумом

Подела према генерацији[уреди]

  1. Реактори I генерације
  2. Реактори II генерације
  3. Реактори III генерације
  4. Реактори IV генерације


Подела према фази горива[уреди]

  1. Гориво у тврдом стању
  2. Течно гориво
  3. Гасовито гориво

Према сврси[уреди]

  1. Реактори који производе електричну енергију - Нуклеарне централе
  2. Пропулзиони реактори
    • Нуклеарне подморнице
    • Ракетна пропулзија
  3. Реактори који производе водоник
  4. Реактори за трансмутовање елемената
    • Реактори који обогаћују уранијум у току фисионе ланчане реакције
    • Реактори који производе радиоизотопе за примену у медицини и индустрији
    • Реактори који приозводе материјале за нуклеарна оружја
  5. Реактори за истраживања-за подучавање студената, разна истраживања материјала.


Преглед поделе енергетских реактора[уреди]

Тип реактора- скраћеница Значење Српски израз
AGR Advanced Gas Cooled, Graphite Moderated Reactor Напредни, гасом хлађен, графитом модериран реактор
BWR Boiling water reactor Реактор са кључалом водом
ABWR Advanced Boiling Light Water Cooled and Moderated Reactor Напредни, лаком водом хлађен и модериран реактор са кључалом водом
FBR Fast Breeder Reactor Брзи, произвођачки реактор
GCR, Магнокс Gas Cooled, Graphite Moderated Reactor Гасом хлађен, графитом модериран реактор
HTGR High Temperature, Gas Cooled, Graphite Moderated Reactor Гасом хлађен и модериран реактор са високим температурама
HWGCR Heavy Water Cooled, Graphite Moderated Reactor Тешком водом хлађен, графитом модериран реактор
LWGR, VVR-S, РБМК Light Water Cooled, Graphite Moderated Reactor Лаком водом хлађен, графитом модериран реактор
PHWR, Candu Pressurized Heavy Water Moderated and Cooled Reactor, Canada Deuterium Uranium Тешком водом под притиском хлађен и модериран реактор
PWR, ВВЕР Pressurized Water Reactor Реактор са водом под притиском
SGHWR Steam Generating Heavy Water Reactor Тешководни реактор са водом која ври

Види још[уреди]

Спољашње везе[уреди]

Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Нуклеарни реактор