Nükleer Reaktör Nedir?
Bir nükleer reaktör, bu tesisin merkezinde meydana gelen zincirde nükleer reaksiyonları (genellikle nükleer fisyon ) başlatabilen, kontrol edebilen ve sürdürebilen bir tesistir. Nükleer reaktörün bileşimi, nükleer yakıt , soğutucu , kontrol elemanları, yapısal malzemeler ve nükleer moderatör tarafından oluşturulur .
Bir nükleer reaktör inşa etmek için kritik kütle dediğimiz yeterli nükleer yakıt olması gerekir . Yeterli kritik kütleye sahip olmak, nükleer bir fisyon zinciri reaksiyonunu sürdürmek için optimal koşullarda yeterli bölünebilir malzemeye sahip olmak anlamına gelir .
Düzenlenmesi nötron emiciler ve kontrol çubuklarının zincir reaksiyonu ve kapatma kontrol etmek ve başlangıç nükleer reaktör için izin verir. Reaktör çekirdeğinde, nükleer zincir reaksiyonu, bitkinin türbinlerini çalıştırmak için kullanılacak suyu ısıtmak amacıyla üretilir ve korunur .
İlk nükleer reaktör nükleer enerjinin tarihi tasarlanmış ve Chicago Üniversitesi’nde ragbi alanının standları altında Fizik Enrico Fermi Nobel Ödülü başlattığı 2 Aralık tarihinde, 1942 Sadece yarım oldu watt’lık gücünden ama Bir nükleer reaktörün teknik olarak mümkün olduğunu göstermek için görev yaptı. Manhattan, II . Dünya Savaşı Projesi’nin atom bombası için plütonyum yapmak üzere tasarlanan reaktörler için pilot tesis olarak kullanıldı.
Nükleer reaktörler şöyle sınıflandırılabilir:
1-Termal nükleer reaktörler.
2-Hızlı nükleer reaktörler.
Nükleer reaktörler, daha hızlı nötronları yavaşlatan (hafifleterek) veya fissil atomların oranını artırarak çalışanlardır . Yavaş nötronlar adı verilen bu nötronları yavaşlatmak için hafif su, ağır su veya grafit olabilen bir nükleer moderatör gerekir.
Hızlı nükleer reaktörler, elektronların hızını ılımlılaştırmaya ve hızlı nötron kullanmaya gerek duymayanlardır . Hızlı bir nükleer reaktörün bir nötron moderatörüne ihtiyacı yoktur , ancak fissile materyalden nispeten zengin bir nükleer yakıt kullanması gerekir.
Nükleer Reaktör Bileşenleri
Bir nükleer reaktör aşağıdaki bileşenlerden oluşur:
1-Nükleer Yakıt
Nükleer yakıt, kritik kütleye ulaşmak , yani bir nükleer zincir reaksiyonunu sürdürmek için yeterince bölünebilen bir malzemedir . Böylece yerleştirilir ısı enerjisi, bu zincir, nükleer reaksiyon tarafından üretilen hızlı bir şekilde elde edilebilir.
Nükleer santraller katı nükleer yakıt kullanır . Nükleer yakıtlar reaktör tipine bağlı olarak değişir ancak uranyum türevleri kullanılır.
Genel olarak, bir yakıt elementi, yakıt çubuklarının dörtgen bir düzenlemesi ile oluşturulmaktadır. Her ne kadar Rus VVER basınçlı su reaktörü altıgen bir düzenlemeden oluşuyor.
Kılavuz tüpler yakıt destek ızgaralarına bağlanır, bu şekilde yakıt çubuklarının merkezlerini ve kılavuz tüplerini aynı mesafede tutmak mümkündür.
Farklı yakıt elemanlarının mekanik tasarımı aynıdır. Bazıları kontrol çubuğu ışınlarını, bazıları ise tüketilebilir zehirleri veya nötron kaynaklarını içerir.
Nükleer yakıtın sınırlandırıldığı fiziksel yerler . Bazı yakıt çubukları , sıvı sirkülasyonunun üretilen ısıyı dağıtmasına izin veren belirli bir mesafeyle ayrılmış yassı tabakalar halinde alüminyum ile karıştırılmış uranyum içerir .
Plakalar, destek görevi gören bir kutuya yerleştirilir.
Yakıt çubuklarından oluşur. Reaktör çekirdeği karakteristik bir geometrik şekle sahiptir. Çekirdek bir akışkan, genellikle su ile soğutulur.
Bazı nükleer reaktörlerde çekirdek, suyla bir havuzun içine, 10 ila 12 metre derinlikte veya çelikten yapılmış bir basınçlı kap içinde bulunur.
4-Kontrol Çubukları
Kontrol çubuğu demetleri kontrol etmek için hızlı bir yol sağlar nükleer fizyon zincir reaksiyonu. Reaktör gücünün hızlı değişmesine ve acil durumlarda durmasına izin verir. Kontrol çubukları, nötron emici malzemelerden (bor karbür veya gümüş alaşımları, indiyum ve kadmiyum, diğerleri) yapılır ve genellikle yakıt elementleriyle aynı boyutlara sahiptir. Çekirdeğin reaktivitesi, kontrol çubuklarını yükselterek veya düşürerek , yani çekirdekte bulunan nötron emici malzemenin varlığını değiştirerek artar veya azalır .
Bir nükleer reaktörün belirli bir süre çalışabilmesi için, fazla miktarda reaktiviteye sahip olması gerekir; bu, taze yakıtla maksimumdur ve iptal edilinceye kadar kullanım ömrü azalır. Şu anda nükleer yakıt şarj edildi.
5-Nükleer Moderatör
Nükleer güç reaktörü
Normal operasyonda, bir nükleer reaktör çekirdekten tamamen veya kısmen çıkarılan kontrol çubuklarına sahiptir . Nükleer santrallerin tasarımı, bir güvenlik veya reaktör kontrol sisteminde bir arıza olması durumunda , reaktör çekirdeğine tüm kontrol çubuklarını tam olarak sokarak her zaman maksimum güvenlik anlamında hareket eder . Bu işlem nükleer reaktörü birkaç saniye içinde güvenli bir şekilde durdurur.
6-Soğutma Sıvısı
Nükleer fisyon reaksiyonları tarafından salınan termal enerjiden yararlanmak için bir soğutucu kullanılır. Soğutucu akışkanın işlevi, bahsedilen termal enerjiyi emmek ve nakletmektir. Soğutucu bir ısı kapasitesi yüksek olan, korozyon önleyici olmalı ve nötronları absorbe etmemelidir.
En yaygın soğutucu akışkanlar , karbondioksit ve helyum gibi gazlar ve hafif su ve ağır su gibi sıvılardır. Bu fonksiyon için de kullanılan bazı organik bileşikler ve sodyum gibi sıvı metaller bile vardır.
Bir nükleer zincir reaksiyonunda, belirli sayıda nötron , oluştuğu bölgeden kaçma eğilimindedir. Bu nötron sızıntısı, reaksiyon bölgesi içinde onları yönlendiren bir yansıtıcı aracın varlığı ile en aza indirilebilir. Bu şekilde, nükleer reaktörün etkinliği artar. Nötron sayısını azaltmak ve mümkün olduğunca çoğunu yansıtmamak için çekirdeği çevreleyen reflektör aracı, düşük bir yakalama kesitine sahip olmalıdır.
Reflektör malzemesi seçimi, nükleer reaktör tipine bağlıdır . Termal bir reaktöre sahipsek, reflektör nükleer moderatör olabilir , ancak hızlı bir nükleer reaktöre sahipsek, reflektör materyali büyük bir atomik kütleye sahip olmalıdır, böylece nötronlar çekirdekte orijinal hızlarıyla yansıtılır (elastik dağılım) )
8-Kapsama
Reaktör çalışırken, büyük miktarda radyasyon üretilir. Çalışanları fisyon ürünlerinin neden olduğu radyoaktivite kurulumundan izole etmek için koruma gereklidir .
Bu nedenle, bu radyoaktif emisyonları engellemek için reaktörün etrafına biyolojik bir kalkan yerleştirilir .
Bu zırhı inşa etmek için en yaygın kullanılan malzemeler beton, su ve kurşuntur.
9-Nükleer Reaktörlerin kullanım alanları
Nükleer reaktörlerin teknolojisi savaşsız amaçlar için gelişmeye başladı, ancak 1950’lerden bu yana sivil amaçlar için, özellikle de elektrik enerjisi üretimi için çeşitlendirmeye başladı .
Son yıllarda, termik santrallerde fosil yakıtların yarattığı sürdürülebilirlik problemleri ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerjiler açısından temsil edecekleri bağımsızlık ; nükleer fisyon reaktörlerine ilgi, daha sonra nükleer füzyon reaktörlerine, elektrik gücü elde etmenin bir aracı olarak artmaktadır .
Dezavantajı, nükleer füzyon araştırmasının çok pahalı olması çünkü acil sonuç vermeyen çok pahalı tesisler içermesidir, bu yüzden projeler çok zengin ve teknolojik açıdan çok gelişmiş ülkeler arasında uluslararası bir karaktere sahiptir ( ITER projesi gibi ). . Mevcut ekonomik kaynaklar, askeri soruşturmalar için kullanılanlarla aynı değildir.
Nükleer fisyon reaktörlerinin uygulamaları temel olarak aşağıdakileri kapsar:
>>Doğrudan kullanılan veya sudan buhar üretmek için kullanılan ısı üretimi ( termal enerji ). Üretilen su buharı yüksek tarafından üretmek hidrojen, deniz suyu (desalinasyon) taze su elde etmek için, mekanik işi (türbin) elde edilmesi için kullanılan sıcaklık mekanik iş doğrudan kullanılabilir ya da üretilmesi için elektroliz vb elektrik enerjisi (alternatörlü nükleer enerji santrali ),
>> Buzkıran gemileri, nükleer denizaltılar , askeri uçak gemileri, vb.
>> Üretimi plütonyum için kullanılabilir, askeri amaçlar gibi, atom bombaları ile yapılan bu MOX yakıt olarak ya da, plütonyum oksitler ve tükenmiş uranyum ve bazı kullanılabilir PWR reaktörler. İkinci durumda, prensipte bu kavram tersidir, 90’lı yıllarda plütonyum olduğu ortaya çıkan diğer nükleer santrallerden nükleer yakıt radyoaktif nükleer atık olarak kullanılan nükleer enerji santralleri yaratmaya başlarlar (MOX yaklaşık% 7 oranında ) ve “fakirleştirilmiş” uranyum (% 93 civarında MOX) uranyum zenginleştirme süreci.
>>Konstrüksiyonda (duman dedektörlerinin kullandığı), tıpta (Kobalt-60), araştırmada vs. kullanılan radyoaktif izotopların üretimi .
>>Araştırmada ve tıpta kullanılan serbest nötronların üretimi.
>>Askeri amaçlı kullanılan nötron bombalarının üretimi .
Büyük reaktörlerin inşaatı her zaman başlangıçta beklenenden daha fazla zamana ve paraya ihtiyaç duyar.
Nükleer füzyon reaktörleri onlardan beklenen en önemli gelecek uygulamalardan biri üretimidir, araştırma ve geliştirme aşamasında tüm hala elektrik.