Reaktor

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

Az atomreaktor az atomerőmű központi része - itt megy végbe a kontrollált láncreakció. Napjainkban minden reaktor maghasadáson alapszik, viszont dolgoznak a fúziós reaktorokon is.

Alkalmazási területei:

Az első atommáglyát 1942-ben Szilárd Leó és Enrico Fermi építette meg Chicagoban, s ezzel igazolták a szabályzott láncreakció megvalósíthatóságát. Az első atomreaktorokat plutónium előállítására használták (a plutónium a nukleáris fegyverek ideális alapanyaga).


[szerkesztés] Működési elv

A reaktormag sematikus rajza: kékkel a fűtőelemek, rózsaszínnel a moderátor, szürkével pedig a szabályzórudak vannak jelölve.
Nagyít
A reaktormag sematikus rajza: kékkel a fűtőelemek, rózsaszínnel a moderátor, szürkével pedig a szabályzórudak vannak jelölve.

Napjainkban minden üzemben levő reaktor a hőt a maghasadásokból nyeri. A maghasadás során egy nehéz elem (urán, plutónium, tórium) két kisebbre hasad. Ez természetes úton is megtörténik a radioaktív elemek esetében, ezt nevezzük természetes radioaktivitásnak. Az atommagot mesterségesen is hasítani lehet, például neutronbefogással. A maghasadás közben energia szabadul föl, a reakciótermékek mozgási energiájaként illetve gamma-sugárzásként.

Az urán esetében az atommag befog egy lassú (termikus) neutront, majd két kisebb magra bomlik. Eközben felszabadul 1-3 gyors neutron is. Így a maghasadás több neutront kelt mint amennyit elhasznál, és az egész folyamat önfenntartó lesz. Ezt nevezik láncreakciónak.

A maghasadás során gyors neutronok keletkeznek, viszont azokat az uránium nem fogja be. Ezért a neutronokat le kell lassítani, ami moderátorral történik. Az így lelassult neutronokat termikus neutronoknak hívjuk, mert egyensúlyban vannak a reaktorban uralkodó hőmérséklettel. Ezeket a neutronokat az urán nagy valószínűséggel fogja be.

A maghasadások száma (és ezáltal a reaktor hőteljesítménye) több módon is szabályozható:

  • neutronelnyelőkkel – szabályzórudakkal, illetve a moderátorba kevert bórsavval
  • moderátor mennyiségével
  • a tüzelőanyag geometriai elrendezésével

A moderátort használó reaktorokat termikus vagy lassú reaktoroknak nevezik, és általában a moderátor anyaga szerint osztályozzák. A leggyakrabb moderátorok a

  • könnyű- és nehézvíz
  • grafit

A moderátor nélküli reaktorokat gyors reaktoroknak nevezik. A nagy neutronfluxus lehetővé teszi a transzmutációt, így pl. a tóriumból hasadóképes elem kapható. Ezért hívják ezt a típust tenyésztőreaktornak is.

A reaktorokat hűteni kell, különben megolvad a reaktortartály és veszélyes radioaktív elemek kerülhetnek a környezetbe. A hűtőanyagnak átadott hőenergiát hasznosítják az atomerőművekben. A hűtőanyag leginkább víz, de lehet gáz is (ez esetben más moderátort kell alkalmazni). A tenyésztőreaktornál megengedhetlen a moderátor jelenléte, így ezeket általában folyékony nátriummal hűtik.

A reaktorban a tüzelőanyag általában 2-3 méter hosszú rudak formájában van jelen. Ezek kötegekbe vannak rendezve (egy köteg tartalmazhat akár 100 üzemanyagrudat is). A kötegben a rudak között elegendő hely van a hűtőanyag zavartalan áramlásához.

A reaktor működése során a fűtőelemekben a hasadóképes atommagok koncentrációja csökken, míg a káros reakciótermékek koncentrációja növekszik. A reakciótermékek neutronelnyelők lehetnek (reaktorméreg), ami csökkenti a reaktormagban a neutronok számát, ezzel csökkentve a hőteljesítményt. Az elhasznált üzemanyagrudak cseréjéhez némely típusnál az egész reaktort le kell állítani, míg másutt (CANDU) ez menet közben történik.

Jelenleg működő reaktortípusok: