Reattori nucleari

Cenni di classificazione dei reattori nucleari

I reattori nucleari possono essere suddivisi in base a una serie di criteri. Ecco qui alcuni di loro:

• Energia dei neutroni che causano la fissione:
• reattore termico, utilizza neutroni termici, o almeno con energie inferiori a circa 100 eV,
• un reattore che funziona con neutroni veloci con energie principalmente nell’intervallo da 50 a 100 keV.
• Combustibile nucleare (sotto forma di metallo, carburi o ossidi, ceramica):
• reattore di uranio naturale
• reattore di uranio arricchito
• reattore funzionante su ^{239 232} Pu,
• reattore operante su ²³² Th (più precisamente ²³³ U).
• Posizione del combustibile nucleare:
• reattore omogeneo,
• reattore eterogeneo.
• Moderatore:
• reattore ad acqua,
• reattore ad acqua pesante,
• reattore moderatore al berillio,
• reattore di grafite,
• reattore senza moderatore (veloce).
• Refrigerante
• reattore raffreddato ad acqua o altro liquido,
• reattore raffreddato a gas (aria, elio, CO ₂ , gas dissociante),
• reattore raffreddato a metallo liquido (sodio liquido e sue leghe, potassio, bismuto).

Si prega di notare che le suddette divisioni non sono le uniche. Inoltre, la classificazione può essere distinta in base al materiale dei manicotti in cui è racchiuso il carburante, al grado di arricchimento del carburante, al tipo di costruzione degli elementi del carburante e altro. Il costante sviluppo tecnologico garantisce l’emergere di nuove soluzioni e rende alcuni dei reattori citati solo di importanza storica.

Generazioni di reattori

La prima generazione di reattori nucleari comprendeva tutti quelli creati negli anni ’50 e ’60. Allo stesso tempo, erano prototipi per reattori di seconda generazione. I primi reattori nucleari avevano progetti ripresi da programmi militari. Durante la seconda guerra mondiale furono utilizzati principalmente per produrre plutonio. I reattori di prima generazione erano caratterizzati dal fatto di avere la capacità di ricaricare il combustibile durante il funzionamento del reattore, senza doverlo spegnere. Erano reattori di grafite. Come combustibile veniva usato uranio naturale o leggermente arricchito. Acqua o anidride carbonica erano i refrigeranti. La seconda generazione di reattori nucleari (costruiti principalmente dal 1970 al 1990) si è posta l’obiettivo di produrre elettricità nel modo più efficiente possibile. I reattori PWR o BWR attualmente diffusi appartengono alla seconda generazione. Alla fine degli anni ’80 sono iniziate le ricerche sull’introduzione di una serie di modifiche e miglioramenti nella costruzione e nel funzionamento dei reattori nucleari per entrare nella terza generazione . Questa prossima generazione include reattori nucleari che sono stati modificati e migliorati per aumentare la sicurezza e ridurre i costi di costruzione e gestione della centrale elettrica. Il mercato energetico moderno e competitivo fa sì che le soluzioni introdotte con la terza generazione di reattori nucleari siano ormai in via di esaurimento. La quarta generazione di reattori nucleari include un approccio completamente innovativo all’acquisizione di energia nucleare . Tiene conto di metodi che differiscono dalle soluzioni attualmente utilizzate. Molti di loro sono reattori ad acqua di piccola e media potenza con design originali.

Reattori nucleari – divisione dovuta alla loro costruzione

Reattori a serbatoio

• Reattore ad acqua pressurizzata (PWR)

Questi sono i reattori più comunemente usati per scopi energetici. Il nocciolo del reattore PWR è posto all’interno di un serbatoio pressurizzato con una vasca d’acqua. L’acqua è sia un refrigerante che un moderatore. I pellet di biossido di uranio racchiusi in una camicia di zirconio (o acciaio inossidabile) sono il combustibile del reattore PWR. Questo reattore ha due circuiti. Il circuito primario è l’acqua, che lava le barre di combustibile e trasferisce il calore al generatore di vapore. Dopo essersi raffreddato, ritorna al reattore. Nel circuito secondario, il vapore generato nel generatore di vapore (riscaldato dal circuito primario) muove le turbine del reattore.

• Reattori VVER (vodo-vodyanoi enyergeticheskiy reaktor)

Si tratta di reattori PWR di media e alta potenza, progettati in URSS. La loro costruzione non è molto diversa da quelle occidentali. Sono dotati di quattro strati di protezione dalle perdite. Sono stati prodotti due tipi base di reattori VVER: VVER-440 e VVER-1000.

• Reattore ad acqua bollente (BWR)

Nel caso di questo reattore, non l’acqua, ma il vapore è il refrigerante oltre che il mezzo operativo. L’acqua nel nocciolo viene portata al punto di ebollizione, e all’uscita del reattore abbiamo vapore saturo, che aziona una turbina a vapore. I reattori di tipo BWR hanno un solo circuito. Reattori a canale

• Reattori CANDU (deuterio uranio canadese)

Il reattore CANDU è un esempio di reattore ad acqua pesante – l’acqua pesante, D ₂ O, è sia il refrigerante che il moderatore. Il suo compito è abbassare l’energia dei neutroni. L’uranio naturale (senza arricchimento) viene utilizzato come combustibile. Il reattore CANDU è stato originariamente progettato e costruito in Canada come primo reattore commerciale ad acqua pesante.

• Reattori RBMK (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy)

RBMK è un reattore ad acqua bollente. La grafite è usata come moderatore. L’acqua riceve calore e, dopo essersi trasformata in vapore, fa girare le turbine. In questo reattore non è l’acqua, ma la grafite, a moderare i neutroni veloci. L’uranio naturale senza arricchimento viene utilizzato come combustibile. Sebbene il reattore RBMK sia uno dei più economici, presenta una serie di difetti di progettazione.

Reattori nucleari – divisione per applicazione

Reattori di potenza : il loro compito principale è convertire l’energia nucleare in elettricità. Sono utilizzati nelle centrali elettriche commerciali. Reattori di ricerca/addestramento : in essi si svolgono ricerche e lavori scientifici. I reattori di ricerca consentono di condurre esperimenti sulla struttura dei solidi e ricerche su materiali e combustibili nucleari per reattori di potenza. Reattori per scopi militari : in campo militare, i reattori nucleari sono stati utilizzati per produrre plutonio per l’industria degli armamenti. Reattori di propulsione : una delle applicazioni dell’energia nucleare è la propulsione di navi o sottomarini. A tale scopo sono necessari reattori di propulsione appositamente progettati. Reattori di riscaldamento : vengono utilizzati per generare la quantità di calore necessaria per il riscaldamento negli impianti di riscaldamento nucleare. Reattori ad alta temperatura: nei reattori ad alta temperatura viene generato calore, che viene poi utilizzato per scopi tecnologici. Reattori per scopi speciali – questi tipi di reattori sono utilizzati principalmente da settori industriali medici o selezionati. Producono radioisotopi per applicazioni specifiche.