Јадрен реактор

Нуклеарен реактор е инсталација во која се одвива верижна реакција на нуклеарен распад под контролирани и стабилни услови. Нуклеарни реактори главно служат за создавање топлина за побудување на електрична енергија, но исто така можат да се најдат во подморниците и воените бродови како главен извор на енергија. Покрај тоа, исто така служат како извор на неутрони, кои можат да служат за создавање на разлини радиокативни изотопи за нуклеарната медицина или индустријата.

Јадрото на еден реактор кој служи за истражување. Сината боја околу прачките е последица на Черенкова радијација.

Нуклеарна централа во Сиво, Франција

Иако терминот „нуклеарен реактор“ исто така може да се користи за инсталација во која би се одвивала верижна реакција на нуклеарна фузија, најчесто тоа не се прави и под овој термин се подразбира инсталација во која се одвива верижна реакција на нуклеарна фисија.

Основен концепт на работа на нуклеарен реактор

Нуклеарна централа во Дул, Белгија

Механичката енергија којашто генератор треба ја претвори во електрична енергија произлегува од нуклеарниот распад. При овој процес јадрото на тежок елемент како што е ураниумот апсорбира неутрон, поради што атомот станува нестабилен и доаѓа до негов распад пришто се создаваат две помали јадра. При распадот на атом на ураниум се создаваат две помали јадра, 2 до 3 брзи неутрони и големо количество на енергија. Помалите јадра се радиоактивни и исто така се распаѓаат, поради што повторно се ослободува енергија.

Верижна реакција

При распадот на ураниум настануваат повеќе неутрони отколку што ќе се користат. Поради тоа самата реакција е самоодржлива. Неутроните кои при распад на ²³⁵U се ослободуваат се движат премногу брзо за да предизвикат распад на други атоми на ураниум и поради тоа потребно е тие да бидат претходно успорени со помош на модератор, како што се графитот или водата. За да не настанат премногу успорени неутрони вишокот може да биде апсорбиран од други елементи како што се кадмиумот и борот. Со внесување на шипки изработени од овие материјали во јадрото на нуклеарниот реактор целиот процес на нуклеарен распад може да биде регулиран.

Итно сопирање

Во случај на опасност верижната реакција може да биде сопрена. Сопирањето е познато под терминот „scram“ за BWR (boiling water reactor) нуклеарните реактори, додека кај PWR (pressurized water reactor) реакторите се користи и терминот „reactor trip“. Итното сопирање на верижната реакција во нуклеарниот реактор се случува така што голем број на шипки изработени од кадмиум и бор, борска киселина и други течни неутрон-апсорбери се внесуваат во јадрото на реакторот со цел да ги апсорбираат сите слободни неутрони. Верижната реакција се сопира доколку настанал или набргу ќе настане дефект во целокупниот систем за правилно работење на реакторот. Најчесто нуклеарните реактори се сопираат поради дефект во спроведувањето на електричната енергија до системот за ладење, или пак при големи вибрации, земјотрес на пример. Сепак материјата во реакторот останува топла подолго време поради што топлината треба да биде отстранета. Кај постарите нуклеарни реактори ова може да претставува проблем бидејќи единствен начин за отстранување на топлината е со активно ладење. При недоволно ладење материјата во јадрото на реакторот може да почне да се топи, односно доаѓа до процес наречен „meltdown“. За последен пат meltdown е регистриран во нуклеарната централа Фукушима I во 2011 година како последица на земјотрес и цунами.