Jakie typy reaktorów jądrowych istnieją?
Reaktory jądrowe można sklasyfikować na kilka różnych sposobów: według rodzaju reakcji jądrowej, zastosowanego materiału moderatora, zastosowanego chłodziwa, generacji reaktora, fazy paliwowej, rodzaju paliwa i zastosowania. Licząc reaktory badawcze, tysiące istnieją na całym świecie, należących do wielu różnych kategorii. W tym artykule omówię po kolei schematy klasyfikacji reaktorów jądrowych.
W tym artykule przyglądamy się tylko reaktorom jądrowym rozszczepienia, czyli reaktorom, które rozbijają jądra, a nie reaktorom fuzyjnym, które łączą je ze sobą. Reaktory termojądrowe są wciąż wysoce eksperymentalną technologią na wczesnych etapach rozwoju, podczas gdy reaktory rozszczepiające są używane od ponad 60 lat.
Rodzaj reakcji jądrowej ogólnie odnosi się do tego, czy reaktor jądrowy wykorzystuje wolne (termiczne) neutrony czy szybkie neutrony. Większość reaktorów wykorzystujących szybkie neutrony należy do kategorii reaktorów szybkiego rozmnażania, podczas gdy większość wykorzystująca wolne neutrony nazywa się reaktorami termicznymi. Reaktory termiczne są najtańsze i najczęstsze, głównie dlatego, że mogą wykorzystywać naturalny, nie wzbogacony uran. Neutrony w reaktorach termicznych są określane jako „powolne”, ponieważ reaktor wykorzystuje materiał moderujący do spowalniania neutronów od ich naturalnej prędkości po wyrzuceniu z rozbitych jąder atomowych, co jest dość szybkie, bliższe prędkości i ciepła otaczającego ośrodka paliwowego . Szybkie reaktory neutronowe są droższe i wymagają większego wzbogacenia paliwa, co czyni je mniej popularnymi. Z drugiej strony wytwarzają więcej paliwa niż zużywają, co czyni je atrakcyjnymi na dłuższą metę.
Materiał moderatora to drugi schemat klasyfikacji reaktorów jądrowych. Jak wspomniano wcześniej, tylko termiczne reaktory jądrowe wykorzystują moderatory, więc obejmuje to tylko te. Grafit, ciężka woda i normalna woda są wykorzystywane jako moderatory. Reaktory z grafitem i ciężką wodą są bardziej popularne, ponieważ te moderujące materiały lepiej termizują neutrony, zapewniając, że naturalny uran może być stosowany i nie jest potrzebne wzbogacanie.
Następny schemat klasyfikacji oparty jest na generacji. Reaktory pierwszej generacji były pierwszymi reaktorami prototypowymi, zwykle jedynymi w swoim rodzaju. Reaktory drugiej generacji zostały wykonane do użytku komercyjnego i oparte na standardowych projektach. Zostały one wykorzystane w latach 50. Reaktory trzeciej generacji są bardziej nowoczesne, zaczynają być używane pod koniec lat 90. Są lżejsze i wydajniejsze niż poprzednia generacja. Reaktory najnowszej generacji, IV generacji, znajdują się obecnie na etapie badań i nie powinny być wdrażane do późnych lat 2020 lub 2030. Reaktory te będą bardzo ekonomiczne i wytwarzają minimalną ilość odpadów.
Innym rodzajem klasyfikacji jest faza paliwowa - ciekła, stała lub gazowa. Ciało stałe jest najbardziej typowe. Wraz z fazą pojawia się rodzaj paliwa - uran lub tor. Są to jedyne dwa gotowe do reaktora elementy dostępne w znacznych ilościach na Ziemi.
Ostatnia klasyfikacja oparta jest na zastosowaniu - do elektrowni, napędu, produkcji paliwa jądrowego (reaktory rozpłodowe) lub reaktorów badawczych. Generatory termoelektryczne radioizotopowe (RTG) są również czasami wrzucane do reaktorów jądrowych, chociaż są one nieco inne. RTG wytwarzają energię z rozpadu izotopu radioaktywnego.
I to wszystko. Istnieją bardziej szczegółowe sposoby charakteryzowania reaktorów jądrowych i liczne projekty na różnych etapach rozwoju, ale ilość materiałów pisanych na temat typów reaktorów jądrowych prawdopodobnie mogłaby wypełnić małą bibliotekę.