Jaderné reaktory

Základy klasifikace jaderných reaktorů

Jaderné reaktory lze rozdělit podle řady kritérií. Tady jsou některé z nich:

• Energie neutronů způsobujících štěpení:
• tepelný reaktor, využívá tepelné neutrony, nebo alespoň s energiemi nižšími než asi 100 eV,
• reaktor pracující na rychlých neutronech s energiemi převážně v rozmezí 50 až 100 keV.
• Jaderné palivo (ve formě kovu, karbidů nebo oxidů, keramiky):
• přírodní uranový reaktor
• reaktor na obohacený uran
• reaktor pracující na ^{239 232} Pu,
• reaktor pracující na ²³² Th (přesněji ²³³ U).
• Umístění jaderného paliva:
• homogenní reaktor,
• heterogenní reaktor.
• Moderátor:
• vodní reaktor,
• těžkovodní reaktor,
• berylliový moderátorový reaktor,
• grafitový reaktor,
• reaktor bez moderátora (rychlý).
• Chladicí kapalina
• reaktor chlazený vodou nebo jinou kapalinou,
• plynem chlazený reaktor (vzduch, helium, CO ₂ , disociační plyn),
• reaktor chlazený kapalným kovem (kapalný sodík a jeho slitiny, draslík, vizmut).

Upozorňujeme, že výše uvedená rozdělení nejsou jediná. Kromě toho lze klasifikaci rozlišit podle materiálu pouzder, ve kterých je palivo uzavřeno, podle stupně obohacení paliva, typu konstrukce palivových článků a dalších. Neustálý technologický vývoj zajišťuje vznik nových řešení a činí některé z uvedených reaktorů pouze historickými.

Reaktorové generace

První generace jaderných reaktorů zahrnovala všechny ty, které vznikly v 50. a 60. letech 20. století. Zároveň šlo o prototypy reaktorů II. generace. První jaderné reaktory měly návrhy převzaté z vojenských programů. Během druhé světové války se používaly především k výrobě plutonia. Reaktory první generace se vyznačovaly tím, že měly možnost dobíjet palivo během provozu reaktoru, aniž by bylo nutné jej odstavit. Byly to grafitové reaktory. Jako palivo se používal přírodní nebo mírně obohacený uran. Chladivem byla voda nebo oxid uhličitý. Druhá generace jaderných reaktorů (stavěná převážně v letech 1970 až 1990) si dala za cíl vyrábět elektřinu co nejefektivněji. V současnosti rozšířené reaktory PWR nebo BWR patří do druhé generace. Na konci 80. let začal výzkum zavádění řady změn a vylepšení v konstrukci a provozu jaderných reaktorů pro vstup do třetí generace . Tato další generace zahrnuje jaderné reaktory, které byly upraveny a vylepšeny za účelem zvýšení bezpečnosti a snížení nákladů na výstavbu a provoz elektrárny. Moderní, konkurenční trh s energií znamená, že řešení zavedená třetí generací jaderných reaktorů nyní docházejí. Čtvrtá generace jaderných reaktorů zahrnuje zcela inovativní přístup k získávání jaderné energie . Zohledňuje metody, které se liší od aktuálně používaných řešení. Mnohé z nich jsou vodní reaktory malého a středního výkonu s originální konstrukcí.

Jaderné reaktory – rozdělení podle konstrukce

Tankové reaktory

• Tlakovodní reaktor (PWR)

Jedná se o nejčastěji používané reaktory pro energetické účely. Aktivní zóna reaktoru PWR je umístěna uvnitř tlakové nádrže s vodním bazénem. Voda je chladivo i moderátor. Palivem reaktoru PWR jsou pelety oxidu uraničitého uzavřené v plášti zirkonia (nebo nerezové oceli). Tento reaktor má dva okruhy. Primárním okruhem je voda, která omývá palivové tyče a předává teplo parogenerátoru. Po ochlazení se vrací zpět do reaktoru. V sekundárním okruhu pára generovaná v parogenerátoru (ohřívaná primárním okruhem) pohání turbíny reaktoru.

• Reaktory VVER (vodo-vodyanoi enyergeticheskiy reaktor)

Jedná se o střední a vysoce výkonné reaktory PWR, navržené v SSSR. Jejich konstrukce se příliš neliší od těch západních. Mají čtyři vrstvy ochrany proti úniku. Byly vyrobeny dva základní typy reaktorů VVER: VVER-440 a VVER-1000.

• Varný vodní reaktor (BWR)

Chladivem i provozním médiem není v případě tohoto reaktoru voda, ale pára. Voda v AZ je přivedena k bodu varu a na výstupu z reaktoru máme sytou páru, která pohání parní turbínu. Reaktory typu BWR mají pouze jeden okruh. Kanálové reaktory

• Reaktory CANDU (kanadský deuterium uran)

Reaktor CANDU je příkladem těžkovodního reaktoru – těžká voda D ₂ O je chladivem i moderátorem. Jeho úkolem je snížit energii neutronů. Jako palivo se používá přírodní uran (bez obohacení). Reaktor CANDU byl původně navržen a postaven v Kanadě jako první komerční těžkovodní reaktor.

• Reaktory RBMK (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy)

RBMK je vodní vroucí reaktor. Jako moderátor je použit grafit . Voda přijímá teplo a po přeměně v páru roztáčí turbíny. V tomto reaktoru to není voda, ale grafit, který moderuje rychlé neutrony. Jako palivo se používá přírodní uran bez obohacení. Přestože je reaktor RBMK jedním z nejekonomičtějších, má řadu konstrukčních nedostatků.

Jaderné reaktory – rozdělení podle použití

Energetické reaktory – jejich hlavním úkolem je přeměnit jadernou energii na elektřinu. Používají se v komerčních elektrárnách. Výzkumné/výcvikové reaktory – provádějí se v nich výzkumné a vědecké práce. Výzkumné reaktory umožňují provádět experimenty se strukturou pevných látek a výzkum materiálů a jaderných paliv pro energetické reaktory. Reaktory pro vojenské účely – ve vojenství se jaderné reaktory využívaly k výrobě plutonia pro zbrojní průmysl. Pohonné reaktory – jednou z aplikací jaderné energie je pohon lodí nebo ponorek. Pro tento účel jsou nezbytné speciálně navržené pohonné reaktory. Tepelné reaktory – slouží k výrobě potřebného množství tepla pro topné účely v jaderných teplárnách. Vysokoteplotní reaktory – ve vysokoteplotních reaktorech vzniká teplo, které se následně využívá pro technologické účely. Reaktory pro speciální účely – tyto typy reaktorů využívají především medicína nebo vybraná průmyslová odvětví. Produkují radioizotopy pro specifické aplikace.