Quali tipi di reattori nucleari esistono?
I reattori nucleari possono essere classificati in diversi modi: in base al tipo di reazione nucleare, al materiale moderatore utilizzato, al liquido di raffreddamento utilizzato, alla generazione del reattore, alla fase del combustibile, al tipo di combustibile e all'uso. Contando i reattori di ricerca, migliaia esistono in tutto il mondo, rientrando in molte categorie diverse. In questo articolo esaminerò gli schemi di classificazione dei reattori nucleari uno alla volta.
In questo articolo stiamo solo esaminando i reattori nucleari a fissione, cioè i reattori che rompono i nuclei, piuttosto che i reattori a fusione, che li fondono insieme. I reattori a fusione sono ancora una tecnologia altamente sperimentale nelle prime fasi di sviluppo, mentre i reattori a fissione sono in uso da oltre 60 anni.
Il tipo di reazione nucleare generalmente si riferisce al fatto che il reattore nucleare usi neutroni lenti (termici) o veloci. La maggior parte dei reattori che impiegano neutroni veloci rientrano nella categoria dei reattori ad allevamento rapido, mentre la maggior parte che utilizza neutroni lenti sono chiamati reattori termici. I reattori termici sono i più economici e più comuni, soprattutto perché possono utilizzare uranio naturale non arricchito. I neutroni nei reattori termici vengono definiti "lenti" perché il reattore utilizza un materiale moderatore per rallentare i neutroni dalla loro velocità naturale quando viene espulso da nuclei atomici rotti, che è abbastanza veloce, più vicino alla velocità e al calore del mezzo di combustibile circostante . I reattori a neutroni veloci sono più costosi e richiedono un maggiore arricchimento del carburante, rendendoli meno popolari. D'altra parte, creano più carburante di quello che consumano, rendendoli attraenti a lungo termine.
Il materiale moderatore è il secondo schema di classificazione per i reattori nucleari. Come affermato in precedenza, solo i reattori nucleari termici utilizzano moderatori, quindi questo copre solo quelli. La grafite, l'acqua pesante e l'acqua normale sono tutte usate come moderatori. I reattori di grafite e di acqua pesante sono più popolari perché questi materiali di moderazione riscaldano meglio i neutroni, garantendo che l'uranio naturale possa essere utilizzato e non sia necessario alcun arricchimento.
Il prossimo schema di classificazione si basa sulla generazione. I reattori di prima generazione sono stati i primi prototipi di reattori, in genere unici nel loro genere. I reattori di seconda generazione sono stati realizzati per uso commerciale e basati su progetti standard. Questi sono entrati in uso negli anni '50. I reattori di terza generazione sono più moderni, entrando in uso alla fine degli anni '90. Sono più leggeri ed efficienti rispetto alla generazione precedente. La nuova generazione, i reattori di quarta generazione, sono attualmente in fase di ricerca e non dovrebbero essere lanciati fino alla fine degli anni '20 o all'inizio degli anni '30. Questi reattori saranno molto economici e produrranno scarti minimi.
Un altro tipo di classificazione è la fase del carburante: liquido, solido o gas. Il solido è il più tipico. Insieme alla fase arriva il tipo di combustibile: uranio o torio. Questi sono gli unici due elementi pronti per il reattore disponibili in quantità sostanziali sulla Terra.
L'ultima classificazione si basa sull'uso: per centrali elettriche, propulsione, produzione di combustibile nucleare (reattori di allevamento) o reattori di ricerca. Anche i generatori termoelettrici di radioisotopi (RTG) vengono talvolta immessi nei reattori nucleari, sebbene siano in qualche modo diversi. Gli RTG generano energia dal decadimento di un isotopo radioattivo.
E questo è tutto. Esistono modi più specifici per caratterizzare i reattori nucleari e numerosi progetti in varie fasi di sviluppo, ma la quantità di materiale scritto sui tipi di reattori nucleari potrebbe probabilmente riempire una piccola biblioteca.