Co to jest reaktor jądrowy?
Reaktor jądrowy jest urządzeniem naukowym zaprojektowanym do generowania kontrolowanych reakcji łańcuchowych elementów rozszczepialnych, takich jak uran. Reaktory jądrowe mogą być wykorzystywane do wielu celów, w tym do wytwarzania energii elektrycznej, produkcji paliw jądrowych i badań naukowych. Reaktory jądrowe o różnych konstrukcjach można znaleźć w wielu regionach świata, od laboratoriów naukowych w Stanach Zjednoczonych po francuską wieś, a Francuzi wykorzystują energię jądrową do zaspokojenia około 75% zapotrzebowania na energię w 2009 r.
Reaktory jądrowe opierają się na procesie znanym jako rozszczepienie, które zachodzi, gdy ciężki pierwiastek absorbuje neutron i rozpada się na dwa lżejsze pierwiastki. W trakcie tego procesu element uwalnia energię. W kontrolowanej reakcji rozszczepienia energia ta może być wykorzystana do różnych działań i nakłoniona do ustanowienia reakcji łańcuchowej, która zachęca resztę rozszczepialnego elementu również do rozpadu. Niekontrolowana reakcja tworzy bombę nuklearną.
Wewnątrz reaktora jądrowego pręty paliwowe wykonane z rozszczepialnego elementu są wkładane do moderatora, materiału, który spowalnia neutrony, aby zachęcić do rozszczepienia. Operator reaktora jądrowego może kontrolować reakcję za pomocą prętów kontrolnych, prętów wykonanych z materiałów pochłaniających neutrony. Kiedy pręty są obniżane do rdzenia reaktora z paliwem, pochłaniają neutrony, spowalniając lub zatrzymując proces rozszczepiania, a gdy są podniesione, pozwalają prętom paliwowym wchłonąć neutrony i ulegają rozszczepieniu. Okresowo pręty paliwowe zużywają się i należy je wymienić na świeże paliwo, a wypalone paliwo należy ostrożnie usunąć, aby uniknąć zanieczyszczenia.
Reaktor jądrowy wymaga również chłodziwa do odprowadzania ciepła z rdzenia reaktora. Ciepło, produkt uboczny rozszczepienia, może w rzeczywistości być celem operatorów reaktora, ponieważ może być wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej poprzez wytwarzanie pary, która będzie popychać turbiny. Gdy reaktor jądrowy jest wykorzystywany do badań naukowych, ciepło może być niepożądanym produktem ubocznym, chociaż niektóre reaktory są przeznaczone zarówno do badań, jak i do wytwarzania energii elektrycznej w celu uzyskania maksymalnej wydajności.
Ogromna liczba systemów jest zaangażowana w kontrolę i zabezpieczenie reaktora jądrowego. Nieodłącznym ryzykiem tworzenia kontrolowanej reakcji jest to, że reakcja może kaskadowo wymknąć się spod kontroli. Problem ten został rozwiązany dzięki licznym awariom i technologiom bezpieczeństwa, które mają na celu zapewnienie bezpiecznego działania reaktora. Stosunkowo niewiele poważnych awarii miało miejsce w reaktorach jądrowych, a te, które zdarzają się zwykle w starszych reaktorach z niewystarczającą infrastrukturą wsparcia.