nuklearni reaktor

ilustracija
NUKLEARNI REAKTOR s vodom pod tlakom, reaktorska posuda s jezgrom – 1. kontrolne šipke, 2. poklopac reaktorske posude, 3. vodilice kontrolnih šipki, 4. i 5. ulaz i izlaz rashladnoga sredstva, 6. reaktorska jezgra s gorivim elementima
ilustracija1ilustracija2

nuklearni reaktor, uređaj u kojem se zbiva kontrolirana lančana nuklearna reakcija. Svi današnji reaktori primjenjuju reakciju fisije, dok su reaktori zasnovani na nuklearnoj fuziji u fazi razvoja i njihova se, za sada još upitna, realizacija ne očekuje prije 2050. god. (→ fisija; fuzija). Prvi nuklearni reaktor sagradili su 1942. u SAD-u E. Fermi i L. Szilard. Nuklearni reaktor prvo je služio u proizvodnji plutonija za nuklearno oružje, a danas se najviše rabi za proizvodnju el. energije (→ nuklearna elektrana). U pogonu je i velik broj istraživačkih nuklearnih reaktora različitih namjena, npr. za proizvodnju radioaktivnih nuklida, testiranje materijala, razvoj novih tipova reaktora. Nuklearni reaktor služi i za pogon brodova i podmornica, a razmatrana je i mogućnost njegove primjene za pogon zrakoplova. Moguća je i primjena u proizvodnji vodika, procesne topline i topline za centralno grijanje, u desalinizaciji morske vode i sl.

Nuklearni reaktor sastoji se od reaktorske posude u kojoj se nalazi reaktorska jezgra s nuklearnim gorivom, moderator, reflektor, rashladno sredstvo i kontrolne šipke. U nuklearnom gorivu zbiva se nuklearna reakcija u kojoj se nakon apsorpcije neutrona jezgra raspada na dvije lakše jezgre i dva ili tri brza neutrona. Pritom se raspadom svake fisibilne jezgre oslobađa energija od približno 200 MeV (→ nuklearna energija; nuklearno gorivo). Lančana fisijska reakcija može se ostvariti ako barem jedan od oslobođenih neutrona uzrokuje novu fisiju u okolnim fisibilnim jezgrama. Energija fisijskih neutrona relativno je visoka (prosječno oko 2 MeV) i oni ne mogu održavati lančanu reakciju sve dok im se energija znatno ne smanji (proces termalizacije) sudaranjem s jezgrama atoma nuklearnoga goriva. Pritom se neutroni mogu izgubiti nefisijskom apsorpcijom u nuklearnom gorivu ili bijegom u okoliš. Termalizacija neutrona djelotvornija je ako se gorivu dodaju laki elementi (moderatori) i ako se oko goriva stavi materijal koji reflektira neutrone i vraća ih u gorivo. Za moderatore i reflektore rabe se materijali koji sadrže atome s lakim jezgrama, npr. voda, teška voda, berilij i grafit. Lančanom reakcijom oslobađa se toplina, koju je potrebno stalno odvoditi iz nuklearnoga goriva kako se ono ne bi pregrijalo i rastalilo. Toplina se odvodi cirkulacijom rashladnoga sredstva, što je najčešće obična voda (koja može ključati ili biti pod tlakom), teška voda, rastaljeni (tekući) natrij, ugljikov dioksid i helij. Brzina odvijanja lančane reakcije (razina snage reaktora) regulira se kontrolnim šipkama od materijala koji jako apsorbiraju neutrone (kadmij, hafnij, bor), tj. njihovim uvlačenjem ili izvlačenjem iz reaktorske jezgre.

Nuklearni se reaktori klasificiraju na različite načine. Tako se prema energiji neutrona razlikuju: termički (sa sporim neutronima), intermedijarni (s neutronima srednjih energija) i brzi reaktori (s brzim neutronima); prema rashladnom sredstvu: lakovodni (s običnom vodom), teškovodni (s teškom vodom) i plinom hlađeni reaktori; prema namjeni: energetski reaktori (proizvodnja topline), istraživački reaktori (dobivanje neutrona za istraživanja) i konvertori, u kojima se od nefisibilnoga materijala konverzijom dobiva fisibilni materijal (239Pu i 241Pu od 238U, a 233U od 232Th). Konvertori koji proizvode više fisibilnoga materijala nego što ga svojim radom troše nazivaju se oplodni reaktori.

Od 440 energetskih reaktora, koji su potkraj 2004. bili u komercijalnoj eksploataciji, 356 je lakovodnih reaktora (262 reaktora s vodom pod tlakom i 94 reaktora s ključajućom vodom), 22 plinom hlađena reaktora, 44 teškovodna reaktora, 16 lakovodnih reaktora moderiranih grafitom i 2 brza oplodna reaktora.

Radom nuklearnoga reaktora nastaju radioaktivni fisijski produkti, ispuštanje kojih bi ugrozilo stanovništvo i okoliš. Zato se pri projektiranju, izgradnji i pogonu nuklearnih reaktora velika pozornost posvećuje njihovoj sigurnosti. Nakon nesreća na reaktorima nuklearnih elektrana Otok tri milje u SAD-u i Černobilj u Ukrajini poboljšana je sigurnost današnje generacije nuklearnih reaktora. Daljnje poboljšanje očekuje se kod novih generacija, kod kojih će sigurnost biti zasnovana na fizikalnim principima, a ne na aktivnom djelovanju inženjerskih sustava (inherentna sigurnost). Dobre su strane nuklearnih reaktora što oni ne onečišćuju okoliš ispuštanjem dima i plinova, a nedostatci su povećano toplinsko opterećenje okoliša i stvaranje radioaktivnoga materijala. Najveći je sigurnosni problem zbrinjavanje istrošenoga nuklearnoga goriva, koje treba izolirati od okoliša desetak tisuća godina.

nuklearni reaktor. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2017. Pristupljeno 20.9.2017. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=44384>.