Welke soorten kernreactoren bestaan er?
Nucleaire reactoren kunnen op verschillende manieren worden geclassificeerd: op basis van het type kernreactie, het gebruikte moderatormateriaal, het gebruikte koelmiddel, het genereren van de reactor, de brandstoffase, het brandstoftype en het gebruik. Er zijn wereldwijd duizenden onderzoeksreactoren, die in veel verschillende categorieën vallen. In dit artikel zal ik de classificatieschema's van kernreactoren een voor een bespreken.
In dit artikel kijken we alleen naar kernsplijtingsreactoren, d.w.z. reactoren die kernen afbreken, in plaats van fusiereactoren, die ze samen smelten. Fusiereactoren zijn nog steeds een zeer experimentele technologie in de vroege ontwikkelingsstadia, terwijl splijtingsreactoren al meer dan 60 jaar in gebruik zijn.
Het type kernreactie verwijst in het algemeen naar of de kernreactor langzame (thermische) neutronen of snelle neutronen gebruikt. De meeste reactoren die snelle neutronen gebruiken, vallen in de categorie snelle fokreactoren, terwijl de meeste met behulp van langzame neutronen thermische reactoren worden genoemd. Thermische reactoren zijn de goedkoopste en meest voorkomende, vooral omdat ze natuurlijk, niet-verrijkt uranium kunnen gebruiken. De neutronen in thermische reactoren worden "langzaam" genoemd omdat de reactor een modererend materiaal gebruikt om de neutronen te vertragen van hun natuurlijke snelheid wanneer ze worden uitgeworpen uit gebroken atoomkernen, die vrij snel is, dichter bij de snelheid en warmte van het omringende brandstofmedium . Snelle neutronenreactoren zijn duurder en vereisen dat de brandstof meer wordt verrijkt, waardoor ze minder populair zijn. Anderzijds creëren ze meer brandstof dan ze verbruiken, waardoor ze aantrekkelijk zijn voor de langere termijn.
Moderator-materiaal is het tweede classificatieschema voor kernreactoren. Zoals eerder vermeld, gebruiken alleen thermische kernreactoren moderatoren, dus dit dekt alleen die. Grafiet, zwaar water en normaal water worden allemaal gebruikt als moderators. Grafiet- en zwaarwaterreactoren zijn populairder omdat deze modererende materialen de neutronen beter thermiseren, waardoor natuurlijk uranium kan worden gebruikt en geen verrijking nodig is.
Het volgende classificatieschema is gebaseerd op generatie. Generatie I-reactoren waren de eerste prototype-reactoren, meestal uniek in zijn soort. Generatie II-reactoren zijn gemaakt voor commercieel gebruik en gebaseerd op standaardontwerpen. Deze werden in de jaren 50 in gebruik genomen. Generation III-reactoren zijn moderner en worden eind jaren 90 in gebruik genomen. Ze zijn lichter en efficiënter dan de vorige generatie. De nieuwste generatie, Generation IV-reactoren, bevindt zich momenteel in de onderzoeksfase en zal naar verwachting pas eind 2020 of begin 2030 worden uitgerold. Deze reactoren zullen zeer zuinig zijn en minimaal afval produceren.
Een ander type classificatie is de brandstoffase - vloeibaar, vast of gas. Solid is het meest typisch. Samen met de fase komt het type brandstof - uranium of thorium. Dit zijn de enige twee reactorklare elementen die in aanzienlijke hoeveelheden op aarde beschikbaar zijn.
De laatste classificatie is gebaseerd op gebruik - voor energiecentrales, voortstuwing, de productie van splijtstof (fokreactoren) of onderzoeksreactoren. Radio-isotopen thermo-elektrische generatoren (RTG) worden soms ook met kernreactoren weggegooid, hoewel ze enigszins verschillen. RTG's genereren energie uit het verval van een radioactieve isotoop.
En dat is het. Er zijn meer specifieke manieren om kernreactoren te karakteriseren, en talloze ontwerpen in verschillende stadia van ontwikkeling, maar de hoeveelheid geschreven materiaal over kernreactortypes zou waarschijnlijk een kleine bibliotheek kunnen vullen.