Welche Arten von Kernreaktoren gibt es?
Kernreaktoren können auf verschiedene Arten klassifiziert werden: nach Art der Kernreaktion, verwendetem Moderatormaterial, verwendetem Kühlmittel, Reaktorerzeugung, Brennstoffphase, Brennstoffart und Verwendung. Es gibt weltweit Tausende von Forschungsreaktoren, die in viele verschiedene Kategorien unterteilt sind. In diesem Artikel gehe ich nacheinander auf die Klassifizierungsschemata von Kernreaktoren ein.
In diesem Artikel beschäftigen wir uns nur mit Kernspaltungsreaktoren, dh Reaktoren, die Kerne zerbrechen, und nicht mit Fusionsreaktoren, die sie miteinander verschmelzen. Fusionsreaktoren sind in der frühen Entwicklungsphase noch eine hochexperimentelle Technologie, während Spaltreaktoren seit über 60 Jahren im Einsatz sind.
Die Art der Kernreaktion bezieht sich im Allgemeinen darauf, ob der Kernreaktor langsame (thermische) Neutronen oder schnelle Neutronen verwendet. Die meisten Reaktoren mit schnellen Neutronen fallen in die Kategorie der schnellen Brutreaktoren, während die meisten Reaktoren mit langsamen Neutronen als thermische Reaktoren bezeichnet werden. Thermische Reaktoren sind die billigsten und gebräuchlichsten, vor allem, weil sie natürliches, nicht angereichertes Uran verwenden können. Die Neutronen in thermischen Reaktoren werden als "langsam" bezeichnet, da der Reaktor ein moderierendes Material verwendet, um die Neutronen von ihrer natürlichen Geschwindigkeit abzubremsen, wenn sie aus zerbrochenen Atomkernen ausgestoßen werden, was ziemlich schnell ist, näher an der Geschwindigkeit und Wärme des umgebenden Brennstoffmediums . Schnelle Neutronenreaktoren sind teurer und erfordern eine stärkere Anreicherung des Brennstoffs, was sie weniger beliebt macht. Andererseits erzeugen sie mehr Kraftstoff als sie verbrauchen, was sie langfristig attraktiv macht.
Moderatormaterial ist das zweite Klassifizierungsschema für Kernreaktoren. Wie bereits erwähnt, verwenden nur thermische Kernreaktoren Moderatoren, so dass nur diese davon betroffen sind. Als Moderatoren werden Graphit, schweres Wasser und normales Wasser verwendet. Graphit- und Schwerwasserreaktoren sind populärer, da diese moderierenden Materialien die Neutronen besser thermisieren, wodurch sichergestellt wird, dass natürliches Uran verwendet werden kann und keine Anreicherung erforderlich ist.
Das nächste Klassifizierungsschema basiert auf der Generierung. Die Reaktoren der Generation I waren die ersten Prototyp-Reaktoren, in der Regel einzigartig. Die Reaktoren der Generation II wurden für den kommerziellen Einsatz hergestellt und basieren auf Standardkonstruktionen. Diese kamen in den 50er Jahren zum Einsatz. Die Reaktoren der Generation III sind moderner und werden Ende der 90er Jahre eingesetzt. Sie sind leichter und effizienter als die Vorgängergeneration. Die neueste Generation, Generation IV-Reaktoren, befindet sich derzeit in der Forschungsphase und wird voraussichtlich erst Ende der 2020er oder Anfang der 2030er Jahre eingeführt. Diese Reaktoren sind sehr wirtschaftlich und produzieren nur minimalen Abfall.
Eine andere Art der Klassifizierung ist die Brennstoffphase - flüssig, fest oder gasförmig. Fest ist am typischsten. Zusammen mit der Phase kommt die Art des Brennstoffs - Uran oder Thorium. Dies sind die einzigen zwei reaktorbereiten Elemente, die in erheblichen Mengen auf der Erde verfügbar sind.
Die letzte Klassifizierung basiert auf der Verwendung - für Kraftwerke, Antriebe, die Produktion von Kernbrennstoffen (Brutreaktoren) oder Forschungsreaktoren. Radioisotope thermoelektrische Generatoren (RTG) werden manchmal auch in Kernreaktoren eingesetzt, obwohl sie etwas anders sind. RTGs erzeugen Energie aus dem Zerfall eines radioaktiven Isotops.
Und das ist es. Es gibt spezifischere Arten der Charakterisierung von Kernreaktoren und zahlreiche Entwürfe in verschiedenen Entwicklungsstadien, aber die Menge an schriftlichem Material zu Kernreaktortypen könnte wahrscheinlich eine kleine Bibliothek füllen.