Jadrové reaktory

Základy klasifikácie jadrových reaktorov

Jadrové reaktory možno rozdeliť podľa viacerých kritérií. Tu sú niektoré z nich:

• Energia neutrónov spôsobujúcich štiepenie:
• tepelný reaktor, využíva tepelné neutróny alebo aspoň s energiami nižšími ako asi 100 eV,
• reaktor pracujúci na rýchlych neutrónoch s energiami prevažne v rozmedzí 50 až 100 keV.
• Jadrové palivo (vo forme kovu, karbidov alebo oxidov, keramiky):
• prírodný uránový reaktor
• reaktor na obohatený urán
• reaktor pracujúci na ^{239 232} Pu,
• reaktor pracujúci na ²³² Th (presnejšie ²³³ U).
• Umiestnenie jadrového paliva:
• homogénny reaktor,
• heterogénny reaktor.
• moderátor:
• vodný reaktor,
• ťažkovodný reaktor,
• berýliový moderátorový reaktor,
• grafitový reaktor,
• reaktor bez moderátora (rýchlo).
• Chladiaca kvapalina
• reaktor chladený vodou alebo inou kvapalinou,
• plynom chladený reaktor (vzduch, hélium, CO ₂ , disociačný plyn),
• tekutým kovom chladený reaktor (kvapalný sodík a jeho zliatiny, draslík, bizmut).

Upozorňujeme, že vyššie uvedené rozdelenie nie je jediné. Okrem toho možno klasifikáciu rozlíšiť podľa materiálu puzdier, v ktorých je palivo uzavreté, stupňa obohatenia paliva, typu konštrukcie palivových článkov a ďalších. Neustály technologický vývoj zabezpečuje vznik nových riešení a robí niektoré zo spomínaných reaktorov len historickými.

Generácie reaktorov

Prvá generácia jadrových reaktorov zahŕňala všetky tie, ktoré vznikli v 50. a 60. rokoch 20. storočia. Zároveň to boli prototypy reaktorov II. generácie. Prvé jadrové reaktory mali návrhy prevzaté z vojenských programov. Počas druhej svetovej vojny sa používali najmä na výrobu plutónia. Reaktory prvej generácie sa vyznačovali tým, že mali možnosť dobíjať palivo počas prevádzky reaktora bez toho, aby ho museli odstaviť. Boli to grafitové reaktory. Ako palivo sa používal prírodný alebo mierne obohatený urán. Chladivom bola voda alebo oxid uhličitý. Druhá generácia jadrových reaktorov (vybudovaných najmä v rokoch 1970 až 1990) si dala za cieľ vyrábať elektrickú energiu čo najefektívnejšie. V súčasnosti rozšírené reaktory PWR alebo BWR patria do druhej generácie. Koncom 80. rokov 20. storočia sa začal výskum v oblasti zavádzania množstva zmien a vylepšení v konštrukcii a prevádzke jadrových reaktorov do tretej generácie . Táto ďalšia generácia zahŕňa jadrové reaktory, ktoré boli upravené a vylepšené s cieľom zvýšiť bezpečnosť, ako aj znížiť náklady na výstavbu a prevádzku elektrárne. Moderný, konkurenčný trh s energiou znamená, že riešenia zavedené s treťou generáciou jadrových reaktorov sa teraz míňajú. Štvrtá generácia jadrových reaktorov zahŕňa úplne inovatívny prístup k získavaniu jadrovej energie . Zohľadňuje metódy, ktoré sa líšia od v súčasnosti používaných riešení. Mnohé z nich sú malé a stredné vodné reaktory s originálnym dizajnom.

Jadrové reaktory – rozdelenie podľa konštrukcie

Tankové reaktory

• Tlakový vodný reaktor (PWR)

Ide o najčastejšie používané reaktory na energetické účely. Jadro reaktora PWR je umiestnené vo vnútri tlakovej nádrže s vodným bazénom. Voda je chladivo aj moderátor. Palivom reaktora PWR sú pelety oxidu uraničitého uzavreté v plášti zo zirkónu (alebo nehrdzavejúcej ocele). Tento reaktor má dva okruhy. Primárnym okruhom je voda, ktorá obmýva palivové tyče a odovzdáva teplo do parogenerátora. Po ochladení sa vracia do reaktora. V sekundárnom okruhu para generovaná v parogenerátore (ohrievaná primárnym okruhom) poháňa turbíny reaktora.

• Reaktory VVER (vodo-vodyanoi enyergeticheskiy reaktor)

Ide o stredne a vysokovýkonné reaktory PWR, navrhnuté v ZSSR. Ich konštrukcia sa veľmi nelíši od tých západných. Majú štyri vrstvy ochrany proti úniku. Vyrábali sa dva základné typy reaktorov VVER: VVER-440 a VVER-1000.

• Varný vodný reaktor (BWR)

V prípade tohto reaktora nie je chladiacim médiom a zároveň prevádzkovým médiom voda, ale para. Voda v aktívnej zóne je privedená k bodu varu a na výstupe z reaktora máme nasýtenú paru, ktorá poháňa parnú turbínu. Reaktory typu BWR majú len jeden okruh. Kanálové reaktory

• Reaktory CANDU (kanadský deutériumuranium)

Reaktor CANDU je príkladom ťažkovodného reaktora – ťažká voda, D ₂ O, je chladivom aj moderátorom. Jeho úlohou je znížiť energiu neutrónov. Ako palivo sa používa prírodný urán (bez obohatenia). Reaktor CANDU bol pôvodne navrhnutý a postavený v Kanade ako prvý komerčný ťažkovodný reaktor.

• Reaktory RBMK (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy)

RBMK je vodný reaktor. Ako moderátor sa používa grafit . Voda prijíma teplo a po premene na paru roztáča turbíny. V tomto reaktore to nie je voda, ale grafit, ktorý moderuje rýchle neutróny. Ako palivo sa používa prírodný urán bez obohatenia. Hoci je reaktor RBMK jedným z najhospodárnejších, má množstvo konštrukčných nedostatkov.

Jadrové reaktory – rozdelenie podľa použitia

Energetické reaktory – ich hlavnou úlohou je premena jadrovej energie na elektrickú. Používajú sa v komerčných elektrárňach. Výskumné/výcvikové reaktory – vykonávajú sa v nich výskumné a vedecké práce. Výskumné reaktory umožňujú vykonávať experimenty so štruktúrou pevných látok a výskum materiálov a jadrových palív pre energetické reaktory. Reaktory na vojenské účely – v armáde sa jadrové reaktory využívali na výrobu plutónia pre zbrojársky priemysel. Pohonné reaktory – jednou z aplikácií jadrovej energie je pohon lodí alebo ponoriek. Na tento účel sú potrebné špeciálne navrhnuté pohonné reaktory. Vykurovacie reaktory – slúžia na výrobu potrebného množstva tepla na vykurovacie účely v jadrových teplárňach. Vysokoteplotné reaktory – vo vysokoteplotných reaktoroch vzniká teplo, ktoré sa následne využíva na technologické účely. Reaktory na špeciálne účely – tieto typy reaktorov využívajú najmä medicínske alebo vybrané priemyselné odvetvia. Vyrábajú rádioizotopy pre špecifické aplikácie.