Kernreactor

Basisprincipes van classificatie van kernreactoren

Kernreactoren kunnen worden onderverdeeld volgens een aantal criteria. Hier zijn er een aantal:

• Energie van splijting veroorzakende neutronen:
• thermische reactor, gebruikt thermische neutronen, of in ieder geval met energieën onder ongeveer 100 eV,
• een reactor die werkt op snelle neutronen met energieën van voornamelijk 50 tot 100 keV.
• Nucleaire brandstof (in de vorm van metaal, carbiden of oxiden, keramiek):
• natuurlijke uraniumreactor
• verrijkt uraniumreactor
• reactor draait op ^{239 232} Pu,
• reactor werkt op ²³² Th (preciezer ²³³ U).
• Locatie van nucleaire brandstof:
• homogene reactor,
• heterogene reactor.
• Moderator:
• waterreactor,
• zwaarwaterreactor,
• beryllium moderatorreactor,
• grafietreactor,
• reactor zonder moderator (snel).
• Koelmiddel
• reactor gekoeld door water of een andere vloeistof,
• gasgekoelde reactor (lucht, helium, CO ₂ , dissociatiegas),
• vloeibaar metaal gekoelde reactor (vloeibaar natrium en zijn legeringen, kalium, bismut).

Houd er rekening mee dat de bovenstaande divisies niet de enige zijn. Bovendien kan classificatie worden onderscheiden vanwege het materiaal van de hulzen waarin de brandstof is ingesloten, de mate van brandstofverrijking, het type constructie van splijtstofelementen en andere. Voortdurende technologische ontwikkeling zorgt voor de opkomst van nieuwe oplossingen en maakt sommige van de genoemde reactoren slechts van historisch belang.

Reactor generaties

De eerste generatie kernreactoren omvatte alle kernreactoren die in de jaren vijftig en zestig werden gemaakt. Tegelijkertijd waren het prototypes voor reactoren van de tweede generatie. De ontwerpen van de eerste kernreactoren waren overgenomen uit militaire programma’s. Tijdens de Tweede Wereldoorlog werden ze vooral gebruikt om plutonium te produceren. De reactoren van de eerste generatie werden gekenmerkt door het feit dat ze de splijtstof konden herladen tijdens de werking van de reactor, zonder deze te hoeven uitschakelen. Het waren grafietreactoren. Als brandstof werd natuurlijk of licht verrijkt uranium gebruikt. Water of koolstofdioxide waren de koelmiddelen. De tweede generatie kernreactoren (voornamelijk gebouwd van 1970 tot 1990) heeft zich ten doel gesteld om zo efficiënt mogelijk elektriciteit te produceren. De momenteel wijdverspreide PWR- of BWR-reactoren behoren tot de tweede generatie. Aan het einde van de jaren tachtig begon het onderzoek naar de introductie van een aantal veranderingen en verbeteringen in de constructie en werking van kernreactoren om de derde generatie in te gaan. Deze volgende generatie omvat kernreactoren die zijn aangepast en verbeterd om de veiligheid te vergroten en de kosten van het bouwen en exploiteren van de energiecentrale te verlagen. Door de moderne, concurrerende energiemarkt raken de oplossingen die met de derde generatie kernreactoren zijn geïntroduceerd, nu uitgeput. De vierde generatie kernreactoren omvat een geheel vernieuwende benadering van het verwerven van kernenergie . Het houdt rekening met methoden die verschillen van de momenteel gebruikte oplossingen. Velen van hen zijn kleine en middelgrote waterreactoren met originele ontwerpen.

Kernreactoren – verdeeldheid vanwege hun constructie

Tankreactoren

• Drukwaterreactor (PWR)

Dit zijn de meest gebruikte reactoren voor energiedoeleinden. De PWR-reactorkern is geplaatst in een tank onder druk met een waterbassin. Water is zowel een koelmiddel als een moderator. Uraniumdioxide-pellets ingesloten in een mantel van zirkonium (of roestvrij staal) vormen de brandstof van de PWR-reactor. Deze reactor heeft twee circuits. Het primaire circuit is water, dat de splijtstofstaven wast en warmte overbrengt naar de stoomgenerator. Na afkoeling keert het terug naar de reactor. In het secundaire circuit beweegt de stoom die wordt gegenereerd in de stoomgenerator (verwarmd door het primaire circuit) de reactorturbines.

• VVER-reactoren (vodo-vodyanoi enyergeticheskiy reaktor)

Dit zijn PWR-reactoren met middelhoog en hoog vermogen, ontworpen in de USSR. Hun constructie verschilt niet veel van de westerse. Ze hebben vier lagen lekbescherming. Er werden twee basistypen VVER-reactoren geproduceerd: VVER-440 en VVER-1000.

• Kokend Water Reactor (BWR)

Bij deze reactor is niet water, maar stoom zowel het koelmiddel als het bedrijfsmedium. Water in de kern wordt tot het kookpunt gebracht en aan de uitgang van de reactor hebben we verzadigde stoom, die een stoomturbine aandrijft. BWR type reactoren hebben slechts één circuit. Kanaalreactoren

• CANDU-reactoren (Canadees deuterium uranium)

De CANDU-reactor is een voorbeeld van een zwaarwaterreactor – zwaar water, D ₂ O, is zowel het koelmiddel als de moderator. Zijn taak is om de energie van neutronen te verlagen. Als brandstof wordt natuurlijk uranium (zonder verrijking) gebruikt. De CANDU-reactor is oorspronkelijk ontworpen en gebouwd in Canada als de eerste commerciële zwaarwaterreactor.

• RBMK-reactoren (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy)

RBMK is een waterkokende reactor. Grafiet wordt gebruikt als moderator. Het water krijgt warmte en zet, nadat het in stoom is veranderd, de turbines aan. In deze reactor is het niet water, maar grafiet dat de snelle neutronen remt. Als brandstof wordt natuurlijk uranium zonder verrijking gebruikt. Hoewel de RBMK-reactor een van de meest economische is, heeft hij een aantal ontwerpfouten.

Kernreactoren – indeling per toepassing

Krachtreactoren – hun belangrijkste taak is het omzetten van kernenergie in elektriciteit. Ze worden gebruikt in commerciële elektriciteitscentrales. Onderzoeks-/opleidingsreactoren – hierin worden onderzoek en wetenschappelijke werkzaamheden uitgevoerd. Onderzoeksreactoren maken het mogelijk om experimenten uit te voeren op de structuur van vaste stoffen en onderzoek te doen naar materialen en splijtstoffen voor krachtreactoren. Reactoren voor militaire doeleinden – in het leger zijn kernreactoren gebruikt om plutonium te produceren voor de wapenindustrie. Voortstuwingsreactoren – een van de toepassingen van kernenergie is de voortstuwing van schepen of onderzeeërs. Hiervoor zijn speciaal ontworpen voortstuwingsreactoren nodig. Verwarmingsreactoren – ze worden gebruikt om de benodigde hoeveelheid warmte op te wekken voor verwarmingsdoeleinden in nucleaire verwarmingsinstallaties. Hogetemperatuurreactoren – in hogetemperatuurreactoren wordt warmte opgewekt, die vervolgens voor technologische doeleinden wordt gebruikt. Reactoren voor speciale doeleinden – dit soort reactoren worden voornamelijk gebruikt door medische of geselecteerde industriële sectoren. Ze produceren radio-isotopen voor specifieke toepassingen.