Atomreaktor, funktionsprincip, drift af en atomreaktor. Den første atomreaktor - hvem opfandt den

Bygget under de vestlige bevoksninger fodboldbane fra University of Chicago og tændte den 2. december 1942, Chicago Pile-1 (CP-1) var verdens første atomreaktor. Den bestod af grafit- og uranblokke og havde også cadmium-, indium- og sølvkontrolstænger, men havde ingen strålebeskyttelse eller kølesystem. Projektets videnskabelige leder, fysiker Enrico Fermi, beskrev CP-1 som "en fugtig bunke af sorte mursten og træstammer."

Arbejdet med reaktoren begyndte den 16. november 1942. er blevet gjort hårdt arbejde. Fysikere og universitetsansatte arbejdede døgnet rundt. De byggede et gitter af 57 lag af uranoxid og uranblokke indlejret i grafitblokke. En træramme understøttede strukturen. Fermis protegé, Leona Woods - den eneste kvinde på projektet - tog omhyggelige målinger, efterhånden som bunken voksede.

Den 2. december 1942 var reaktoren klar til test. Den indeholdt 22.000 uranbarrer og brugte 380 tons grafit, samt 40 tons uranoxid og seks tons uranmetal. Det tog 2,7 millioner dollars at bygge reaktoren. Forsøget begyndte klokken 09:45. 49 personer deltog: Fermi, Compton, Szilard, Zinn, Heberry, Woods, en ung tømrer, der lavede grafitblokke og cadmiumstænger, læger, almindelige studerende og andre videnskabsmænd.

Tre personer udgjorde "selvmordsgruppen" - de var en del af sikkerhedssystemet. Deres opgave var at slukke ilden, hvis noget gik galt. Der var også kontrol: Styrestænger, der blev styret manuelt og en nødstang, der var bundet til gelænderet på balkonen over reaktoren. I nødstilfælde skulle rebet klippes af en særlig vagthavende person på balkonen, og stangen ville slukke reaktionen.

Klokken 15:53 begyndte en selvbærende atomkædereaktion for første gang i historien. Eksperimentet var en succes. Reaktoren kørte i 28 minutter.

Design og funktionsprincip

Energifrigivelsesmekanisme

Omdannelsen af et stof er kun ledsaget af frigivelse af fri energi, hvis stoffet har en energireserve. Det sidste betyder, at mikropartikler af et stof er i en tilstand med en hvileenergi, der er større end i en anden mulig tilstand, hvortil der er en overgang. En spontan overgang forhindres altid af en energibarriere, for at overvinde hvilken mikropartiklen skal modtage en vis mængde energi udefra - excitationsenergi. Den exoenergetiske reaktion består i, at der ved transformationen efter excitation frigives mere energi, end der kræves for at excitere processen. Der er to måder at overvinde energibarrieren på: enten på grund af den kinetiske energi af kolliderende partikler, eller på grund af bindingsenergien af den sammenføjede partikel.

Hvis vi husker den makroskopiske skala for energifrigivelse, så skal alle eller i det mindste i begyndelsen en del af partiklerne af stoffet have den kinetiske energi, der er nødvendig for at excitere reaktioner. Dette kan kun opnås ved at øge mediets temperatur til en værdi, ved hvilken energien af termisk bevægelse nærmer sig den energitærskel, der begrænser processens forløb. I tilfælde af molekylære transformationer, dvs kemiske reaktioner, en sådan stigning er normalt hundredvis af kelvin, men i tilfælde af kernereaktioner er den mindst 10 7 på grund af den meget høje højde af Coulomb-barriererne af kolliderende kerner. Termisk excitation af nukleare reaktioner udføres i praksis kun under syntesen af de letteste kerner, hvor Coulomb-barriererne er minimale (termonuklear fusion).

Excitation ved sammenføjning af partikler kræver ikke meget kinetisk energi, og afhænger derfor ikke af mediets temperatur, da det opstår på grund af ubrugte bindinger, der er iboende i partiklerne af tiltrækningskræfter. Men for at ophidse reaktioner er partiklerne i sig selv nødvendige. Og hvis vi igen mener ikke en separat reaktionshandling, men produktionen af energi i en makroskopisk skala, så er dette kun muligt, når der opstår en kædereaktion. Sidstnævnte opstår, når de partikler, der exciterer reaktionen, genopstår som produkter af en exoenergetisk reaktion.

Design

Enhver atomreaktor består af følgende dele:

Kerne med nukleart brændsel og moderator;
Neutronreflektor, der omgiver kernen;
Kædereaktionskontrolsystem, herunder nødbeskyttelse;
Strålingsbeskyttelse;
Fjernbetjeningssystem.

Fysiske principper for drift

Se også hovedartikler:

Den nuværende tilstand af en atomreaktor kan karakteriseres ved den effektive neutronmultiplikationsfaktor k eller reaktivitet ρ , som er relateret af følgende relation:

Følgende værdier er typiske for disse mængder:

k> 1 - kædereaktionen stiger over tid, reaktoren er inde superkritisk tilstand, dens reaktivitet ρ > 0;
k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritisk, ρ < 0;
k = 1, ρ = 0 - antallet af nukleare spaltninger er konstant, reaktoren er i en stabil kritisk tilstand.

Kritisk betingelse for en atomreaktor:

, Hvor

At vende multiplikationsfaktoren til enhed opnås ved at balancere multiplikationen af neutroner med deres tab. Der er faktisk to årsager til tabene: fangst uden fission og lækage af neutroner uden for ynglemediet.

Det er indlysende, at k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 for termiske reaktorer kan bestemmes af den såkaldte "formel med 4 faktorer":

, Hvor

η er neutronudbyttet for to absorptioner.

Mængden af moderne kraftreaktorer kan nå hundreder af m³ og bestemmes hovedsageligt ikke af kritiske forhold, men af varmefjernelsesevner.

Kritisk volumen atomreaktor - volumenet af reaktorkernen i en kritisk tilstand. Kritisk masse- massen af reaktorens fissile materiale, som er i en kritisk tilstand.

Reaktorer, hvor brændstoffet er vandige opløsninger af salte af rene fissile isotoper med en vandneutronreflektor, har den laveste kritiske masse. For 235 U er denne masse 0,8 kg, for 239 Pu - 0,5 kg. Det er dog almindeligt kendt, at den kritiske masse for LOPO-reaktoren (verdens første berigede uranreaktor), som havde en berylliumoxidreflektor, var 0,565 kg, på trods af at berigelsesgraden for isotop 235 kun var lidt højere end 14 %. Teoretisk har den den mindste kritiske masse, for hvilken denne værdi kun er 10 g.

For at reducere neutronlækage får kernen en sfærisk eller tæt på sfærisk form, for eksempel en kort cylinder eller terning, da disse figurer har det mindste forhold mellem overfladeareal og volumen.

På trods af at værdien (e - 1) normalt er lille, er rollen for hurtig neutronopædling ret stor, da for store atomreaktorer (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

For at starte en kædereaktion er neutroner produceret under den spontane fission af urankerner normalt tilstrækkelige. Det er også muligt at bruge en ekstern neutronkilde til at starte reaktoren, for eksempel en blanding af og, eller andre stoffer.

Jod pit

Hovedartikel: Jodgrube

Jodgrube - en tilstand af en atomreaktor, efter at den er slukket, karakteriseret ved akkumulering af den kortlivede isotop xenon. Denne proces fører til det midlertidige udseende af betydelig negativ reaktivitet, hvilket igen gør det umuligt at bringe reaktoren til sin designkapacitet inden for en vis periode (ca. 1-2 dage).

Klassifikation

Efter formål

I henhold til arten af deres anvendelse er atomreaktorer opdelt i:

Power reaktorer designet til at producere elektrisk og termisk energi, der anvendes i energisektoren, samt til afsaltning af havvand (afsaltningsreaktorer er også klassificeret som industrielle). Sådanne reaktorer bruges hovedsageligt i atomkraftværker. Den termiske effekt af moderne kraftreaktorer når 5 GW. En separat gruppe omfatter:
- Transportreaktorer, designet til at levere energi til køretøjsmotorer. De bredeste grupper af applikationer er marinetransportreaktorer, der anvendes på ubåde og forskellige overfladefartøjer, samt reaktorer, der anvendes i rumteknologi.
Eksperimentelle reaktorer, beregnet til undersøgelse af forskellige fysiske størrelser, hvis værdi er nødvendig for design og drift af atomreaktorer; Effekten af sådanne reaktorer overstiger ikke flere kW.
Forskningsreaktorer, hvor fluxer af neutroner og gammakvanter skabt i kernen bruges til forskning inden for kernefysik, faststoffysik, strålingskemi, biologi, til afprøvning af materialer beregnet til at fungere i intense neutronfluxer (herunder dele atomreaktorer) for fremstilling af isotoper. Effekten af forskningsreaktorer overstiger ikke 100 MW. Den frigivne energi bliver normalt ikke brugt.
Industrielle (våben, isotoper) reaktorer, bruges til at producere isotoper, der bruges på forskellige områder. Mest udbredt til fremstilling af atomvåbenmaterialer, såsom 239 Pu. Også klassificeret som industrielle er reaktorer, der anvendes til afsaltning af havvand.

Ofte bruges reaktorer til at løse to eller flere forskellige problemer, i hvilket tilfælde de kaldes multi-formål. For eksempel blev nogle kraftreaktorer, især i de tidlige dage af atomkraft, designet primært til eksperimenter. Hurtige neutronreaktorer kan samtidig producere energi og producere isotoper. Industrielle reaktorer genererer ud over deres hovedopgave ofte elektrisk og termisk energi.

Ifølge neutronspektret

Termisk (langsom) neutronreaktor ("termisk reaktor")
Hurtig neutronreaktor ("hurtig reaktor")

Ved brændstofplacering

Heterogene reaktorer, hvor brændstof placeres diskret i kernen i form af blokke, mellem hvilke der er en moderator;
Homogene reaktorer, hvor brændsel og moderator er en homogen blanding (homogent system).

I en heterogen reaktor kan brændslet og moderatoren være rumligt adskilt, især i en hulrumsreaktor omgiver moderatorreflektoren et hulrum med brændstof, der ikke indeholder en moderator. Fra et nuklearfysisk synspunkt er kriteriet for homogenitet/heterogenitet ikke designet, men placeringen af brændselsblokke i en afstand, der overstiger neutronmoderationslængden i en given moderator. Således er reaktorer med det såkaldte "tætte gitter" designet som homogene, selvom brændstoffet i dem normalt er adskilt fra moderatoren.

Kernebrændselsblokke i en heterogen reaktor kaldes brændselssamlinger (FA), som er placeret i kernen ved knudepunkterne i et regulært gitter og danner celler.

Efter brændstoftype

uran isotoper 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
plutoniumisotop 239 (239 Pu), også isotop 239-242 Pu i form af en blanding med 238 U (MOX-brændstof)
thorium isotop 232 (232 Th) (via konvertering til 233 U)

Efter berigelsesgrad:

naturligt uran
svagt beriget uran
højt beriget uran

Efter kemisk sammensætning:

metal U
UC (urancarbid) osv.

Efter type kølevæske

Gas, (se grafit-gas reaktor)
D 2 O (tungt vand, se Tungvands atomreaktor, CANDU)

Efter type moderator

C (grafit, se grafit-gas-reaktor, grafit-vand-reaktor)
H2O (vand, se Letvandsreaktor, Vandkølet reaktor, VVER)
D 2 O (tungt vand, se Tungvands atomreaktor, CANDU)
Metalhydrider
Uden moderator (se Hurtig reaktor)

Af design

Ved dampgenereringsmetode

Reaktor med ekstern dampgenerator (Se Vand-vand-reaktor, VVER)

IAEA klassifikation

PWR (trykvandsreaktorer) - vand-vandreaktor (trykvandsreaktor);
BWR (kogende vand reaktor) - kogende vand reaktor;
FBR (fast breeder reactor) - fast breeder reactor;
GCR (gaskølet reaktor) - gaskølet reaktor;
LWGR (light water graphite reactor) - grafit-vand reaktor
PHWR (pressurized heavy water reactor) - tungtvandsreaktor

De mest almindelige i verden er reaktorer under tryk (ca. 62 %) og kogende vand (20 %).

Reaktormaterialer

Materialerne, som reaktorerne er bygget af, opererer ved høje temperaturer i et felt af neutroner, γ-kvanter og fissionsfragmenter. Derfor er ikke alle materialer, der anvendes i andre grene af teknologi, egnede til reaktorkonstruktion. Ved valg af reaktormaterialer tages der hensyn til deres strålingsmodstand, kemiske inerthed, absorptionstværsnit og andre egenskaber.

Materialernes strålingsustabilitet har mindre effekt ved høje temperaturer. Atomernes mobilitet bliver så stor, at sandsynligheden for tilbagevenden af atomer slået ud af krystalgitteret til deres plads eller rekombinationen af brint og oxygen til et vandmolekyle stiger markant. Radiolysen af vand er således ubetydelig i energiikke-kogende reaktorer (for eksempel VVER), mens der i kraftige forskningsreaktorer frigives en betydelig mængde eksplosiv blanding. Reaktorer har specielle systemer til at brænde det.

Reaktormaterialer er i kontakt med hinanden (brændstofskal med kølemiddel og nukleart brændsel, brændstofkassetter med kølemiddel og moderator osv.). Naturligvis skal kontaktmaterialerne være kemisk inerte (kompatible). Et eksempel på uforenelighed er uran og varmt vand, der indgår i en kemisk reaktion.

For de fleste materialer forringes styrkeegenskaberne kraftigt med stigende temperatur. I kraftreaktorer fungerer strukturelle materialer ved høje temperaturer. Dette begrænser valget af byggematerialer, især for de dele af kraftreaktoren, der skal tåle højt tryk.

Udbrænding og reproduktion af nukleart brændsel

Under driften af en atomreaktor, på grund af akkumulering af fissionsfragmenter i brændstoffet, ændres dets isotopiske og kemiske sammensætning, og transuraniske elementer, hovedsageligt isotoper, dannes. Virkningen af fissionsfragmenter på reaktiviteten af en atomreaktor kaldes forgiftning(for radioaktive fragmenter) og slagger(til stabile isotoper).

Hovedårsagen til reaktorforgiftning er , som har det største neutronabsorptionstværsnit (2,6·10 6 stald). Halveringstid på 135 Xe T 1/2 = 9,2 timer; Udbyttet under deling er 6-7%. Hovedparten af 135 Xe dannes som et resultat af henfaldet ( T 1/2 = 6,8 timer). Ved forgiftning ændres Keff med 1-3%. Det store absorptionstværsnit af 135 Xe og tilstedeværelsen af den mellemliggende isotop 135 I fører til to vigtige fænomener:

Til en stigning i koncentrationen af 135 Xe og følgelig til et fald i reaktorens reaktivitet, efter at den er standset eller effekten er reduceret ("jodgrav"), hvilket gør kortvarige stop og udsving i udgangseffekt umulige . Denne effekt overvindes ved at indføre en reaktivitetsreserve i regulerende organer. Dybden og varigheden af jodbrønden afhænger af neutronfluxen Ф: ved Ф = 5·10 18 neutron/(cm²·sek.) er varigheden af jodbrønden ˜ 30 timer, og dybden er 2 gange større end den stationære ændring i Keff forårsaget af 135 Xe-forgiftning.
På grund af forgiftning kan der forekomme spatiotemporale udsving i neutronfluxen F og dermed i reaktoreffekten. Disse oscillationer forekommer ved Ф > 10 18 neutroner/(cm² sek) og store størrelser reaktor. Oscillationsperioder ~ 10 timer.

Når nuklear fission opstår stort antal stabile fragmenter, der adskiller sig i absorptionstværsnit sammenlignet med absorptionstværsnittet af den fissile isotop. Koncentration af fragmenter med stor værdi Absorptionstværsnittet når mætning inden for de første par dage efter reaktordrift. Disse er hovedsageligt brændstofstænger af forskellige "aldre".

I tilfælde af et fuldstændigt brændstofskifte har reaktoren overskydende reaktivitet, der skal kompenseres, mens der i det andet tilfælde først kræves kompensation, når reaktoren først startes. Kontinuerlig overbelastning gør det muligt at øge udbrændingsdybden, da reaktorens reaktivitet er bestemt af de gennemsnitlige koncentrationer af fissile isotoper.

Massen af lastet brændstof overstiger massen af losset brændstof på grund af "vægten" af den frigivne energi. Efter at reaktoren er lukket ned, først hovedsageligt på grund af fission af forsinkede neutroner, og derefter, efter 1-2 minutter, på grund af β- og γ-stråling af fissionsfragmenter og transuranelementer, fortsætter frigivelsen af energi i brændstoffet. Hvis reaktoren arbejdede længe nok før standsning, så 2 minutter efter stop, er energifrigivelsen omkring 3%, efter 1 time - 1%, efter en dag - 0,4%, efter et år - 0,05% af den oprindelige effekt.

Forholdet mellem antallet af fissile Pu-isotoper dannet i en atomreaktor og mængden af brændte 235 U kaldes omregningskurs K K . Værdien af K K stiger med faldende berigelse og forbrænding. For en tungtvandsreaktor, der anvender naturligt uran, med en udbrænding på 10 GW dag/t K K = 0,55, og med små udbrændinger (i dette tilfælde kaldes K K indledende plutoniumkoefficient) KK = 0,8. Hvis en atomreaktor brænder og producerer de samme isotoper (forædlingsreaktor), så kaldes forholdet mellem reproduktionshastigheden og udbrændingshastigheden reproduktionshastighed K V. I atomreaktorer, der bruger termiske neutroner K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g vokser og EN falder.

Atomreaktorkontrol

Kontrol af en atomreaktor er kun mulig på grund af det faktum, at nogle af neutronerne under fission flyver ud af fragmenterne med en forsinkelse, som kan variere fra flere millisekunder til flere minutter.

Til styring af reaktoren anvendes absorberstænger, indført i kernen, lavet af materialer, der kraftigt absorberer neutroner (hovedsagelig og nogle andre) og/eller en opløsning af borsyre, i en vis koncentration tilsat kølevæsken (borregulering). Stængernes bevægelse er styret særlige mekanismer, drev, der fungerer i henhold til signaler fra operatøren eller udstyr til automatisk kontrol af neutronfluxen.

I tilfælde af forskelligt nødsituationer I hver reaktor er der tilvejebragt en nødafslutning af kædereaktionen, udført ved at tabe alle absorberende stænger i kernen - et nødbeskyttelsessystem.

Resterende varme

Et vigtigt spørgsmål direkte relateret til nuklear sikkerhed er henfaldsvarme. Dette er et specifikt træk ved nukleart brændsel, som består i, at efter ophøret af fissionskædereaktionen og den termiske inerti, der er sædvanlig for enhver energikilde, fortsætter frigivelsen af varme i reaktoren i lang tid, hvilket skaber en række teknisk komplekse problemer.

Restvarme er en konsekvens af β- og γ-henfaldet af fissionsprodukter, der akkumuleres i brændstoffet under driften af reaktoren. Fissionsproduktkerner omdannes på grund af henfald til en mere stabil eller fuldstændig stabil tilstand med frigivelse af betydelig energi.

Selvom hehurtigt falder til værdier, der er små sammenlignet med steady-state værdier, er det i kraftige kraftreaktorer signifikant i absolutte værdier. Af denne grund er restvarmeproduktion nødvendig lang tid sikre varmefjernelse fra reaktorkernen efter nedlukning. Denne opgave kræver, at reaktorinstallationens design omfatter kølesystemer med pålidelig strømforsyning, og nødvendiggør desuden langtidsopbevaring (3-4 år) af brugt nukleart brændsel i lagerfaciliteter med særlige temperaturforhold- kølebassiner, som normalt er placeret i umiddelbar nærhed af reaktoren.

se også

Liste over atomreaktorer designet og bygget i Sovjetunionen

Litteratur

Levin V.E. Kernefysik og atomreaktorer. 4. udg. - M.: Atomizdat, 1979.
Shukolyukov A. Yu "Uran. Naturlig atomreaktor." "Kemi og liv" nr. 6, 1980, s. 20-24

Noter

"ZEEP - Canadas første atomreaktor", Canada Science and Technology Museum.
Greshilov A. A., Egupov N. D., Matushchenko A. M. Nukleart skjold. - M.: Logos, 2008. - 438 s. -

Design og funktionsprincip

Energifrigivelsesmekanisme

Hvis vi husker den makroskopiske skala for energifrigivelse, så skal alle eller i det mindste i begyndelsen en del af partiklerne af stoffet have den kinetiske energi, der er nødvendig for at excitere reaktioner. Dette kan kun opnås ved at øge mediets temperatur til en værdi, ved hvilken energien af termisk bevægelse nærmer sig den energitærskel, der begrænser processens forløb. I tilfælde af molekylære transformationer, det vil sige kemiske reaktioner, er en sådan stigning sædvanligvis hundredvis af kelvin, men i tilfælde af nukleare reaktioner er den mindst 10 7 på grund af den meget høje højde af Coulomb-barriererne for kolliderende kerner. Termisk excitation af nukleare reaktioner udføres i praksis kun under syntesen af de letteste kerner, hvor Coulomb-barriererne er minimale (termonuklear fusion).

Excitation ved at forbinde partikler kræver ikke stor kinetisk energi og afhænger derfor ikke af mediets temperatur, da det opstår på grund af ubrugte bindinger, der er iboende i partiklernes tiltrækningskræfter. Men for at ophidse reaktioner er partiklerne i sig selv nødvendige. Og hvis vi igen mener ikke en separat reaktionshandling, men produktionen af energi i en makroskopisk skala, så er dette kun muligt, når der opstår en kædereaktion. Sidstnævnte opstår, når de partikler, der exciterer reaktionen, genopstår som produkter af en exoenergetisk reaktion.

Design

Enhver atomreaktor består af følgende dele:

Kerne med nukleart brændsel og moderator;
Neutronreflektor, der omgiver kernen;
Kædereaktionskontrolsystem, herunder nødbeskyttelse;
Strålingsbeskyttelse;
Fjernbetjeningssystem.

Fysiske principper for drift

Se også hovedartikler:

Den nuværende tilstand af en atomreaktor kan karakteriseres ved den effektive neutronmultiplikationsfaktor k eller reaktivitet ρ , som er relateret af følgende relation:

Følgende værdier er typiske for disse mængder:

k> 1 - kædereaktionen stiger over tid, reaktoren er inde superkritisk tilstand, dens reaktivitet ρ > 0;
k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritisk, ρ < 0;
k = 1, ρ = 0 - antallet af nukleare spaltninger er konstant, reaktoren er i en stabil kritisk tilstand.

Kritisk betingelse for en atomreaktor:

, Hvor

k 0 for termiske reaktorer kan bestemmes af den såkaldte "formel med 4 faktorer":

, Hvor

η er neutronudbyttet for to absorptioner.

Mængden af moderne kraftreaktorer kan nå hundreder af m³ og bestemmes hovedsageligt ikke af kritiske forhold, men af varmefjernelsesevner.

Kritisk volumen atomreaktor - volumenet af reaktorkernen i en kritisk tilstand. Kritisk masse- massen af reaktorens fissile materiale, som er i en kritisk tilstand.

Jod pit

Hovedartikel: Jodgrube

Klassifikation

Efter formål

I henhold til arten af deres anvendelse er atomreaktorer opdelt i:

Power reaktorer designet til at producere elektrisk og termisk energi, der anvendes i energisektoren, samt til afsaltning af havvand (afsaltningsreaktorer er også klassificeret som industrielle). Sådanne reaktorer bruges hovedsageligt i atomkraftværker. Den termiske effekt af moderne kraftreaktorer når 5 GW. En separat gruppe omfatter:
- Transportreaktorer, designet til at levere energi til køretøjsmotorer. De bredeste grupper af applikationer er marinetransportreaktorer, der anvendes på ubåde og forskellige overfladefartøjer, samt reaktorer, der anvendes i rumteknologi.
Eksperimentelle reaktorer, beregnet til undersøgelse af forskellige fysiske størrelser, hvis værdi er nødvendig for design og drift af atomreaktorer; Effekten af sådanne reaktorer overstiger ikke flere kW.
Forskningsreaktorer, hvor fluxer af neutroner og gammakvanter skabt i kernen bruges til forskning inden for kernefysik, faststoffysik, strålingskemi, biologi, til afprøvning af materialer beregnet til at fungere i intense neutronfluxer (herunder dele atomreaktorer) for fremstilling af isotoper. Effekten af forskningsreaktorer overstiger ikke 100 MW. Den frigivne energi bliver normalt ikke brugt.
Industrielle (våben, isotoper) reaktorer, bruges til at producere isotoper, der bruges på forskellige områder. Mest udbredt til fremstilling af atomvåbenmaterialer, såsom 239 Pu. Også klassificeret som industrielle er reaktorer, der anvendes til afsaltning af havvand.

Ifølge neutronspektret

Termisk (langsom) neutronreaktor ("termisk reaktor")
Hurtig neutronreaktor ("hurtig reaktor")

Ved brændstofplacering

Heterogene reaktorer, hvor brændstof placeres diskret i kernen i form af blokke, mellem hvilke der er en moderator;
Homogene reaktorer, hvor brændsel og moderator er en homogen blanding (homogent system).

Kernebrændselsblokke i en heterogen reaktor kaldes brændselssamlinger (FA), som er placeret i kernen ved knudepunkterne i et regulært gitter og danner celler.

Efter brændstoftype

uran isotoper 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
plutoniumisotop 239 (239 Pu), også isotop 239-242 Pu i form af en blanding med 238 U (MOX-brændstof)
thorium isotop 232 (232 Th) (via konvertering til 233 U)

Efter berigelsesgrad:

naturligt uran
svagt beriget uran
højt beriget uran

Efter kemisk sammensætning:

metal U
UC (urancarbid) osv.

Efter type kølevæske

Gas, (se grafit-gas reaktor)
D 2 O (tungt vand, se Tungvands atomreaktor, CANDU)

Efter type moderator

C (grafit, se grafit-gas-reaktor, grafit-vand-reaktor)
H2O (vand, se Letvandsreaktor, Vandkølet reaktor, VVER)
D 2 O (tungt vand, se Tungvands atomreaktor, CANDU)
Metalhydrider
Uden moderator (se Hurtig reaktor)

Af design

Ved dampgenereringsmetode

Reaktor med ekstern dampgenerator (Se Vand-vand-reaktor, VVER)

IAEA klassifikation

PWR (trykvandsreaktorer) - vand-vandreaktor (trykvandsreaktor);
BWR (kogende vand reaktor) - kogende vand reaktor;
FBR (fast breeder reactor) - fast breeder reactor;
GCR (gaskølet reaktor) - gaskølet reaktor;
LWGR (light water graphite reactor) - grafit-vand reaktor
PHWR (pressurized heavy water reactor) - tungtvandsreaktor

De mest almindelige i verden er reaktorer under tryk (ca. 62 %) og kogende vand (20 %).

Reaktormaterialer

Udbrænding og reproduktion af nukleart brændsel

Til en stigning i koncentrationen af 135 Xe og følgelig til et fald i reaktorens reaktivitet, efter at den er standset eller effekten er reduceret ("jodgrav"), hvilket gør kortvarige stop og udsving i udgangseffekt umulige . Denne effekt overvindes ved at indføre en reaktivitetsreserve i regulerende organer. Dybden og varigheden af jodbrønden afhænger af neutronfluxen Ф: ved Ф = 5·10 18 neutron/(cm²·sek.) er varigheden af jodbrønden ˜ 30 timer, og dybden er 2 gange større end den stationære ændring i Keff forårsaget af 135 Xe-forgiftning.
På grund af forgiftning kan der opstå spatiotemporale udsving i neutronfluxen F og dermed i reaktoreffekten. Disse oscillationer forekommer ved Ф > 10 18 neutroner/(cm²·sek) og store reaktorstørrelser. Oscillationsperioder ~ 10 timer.

Nuklear fission producerer et stort antal stabile fragmenter, som adskiller sig i absorptionstværsnit sammenlignet med absorptionstværsnittet af den fissile isotop. Koncentrationen af fragmenter med et stort absorptionstværsnit når mætning inden for de første par dage efter reaktordrift. Disse er hovedsageligt brændstofstænger af forskellige "aldre".

Atomreaktorkontrol

For at styre reaktoren bruges absorberstænger, indført i kernen, lavet af materialer, der kraftigt absorberer neutroner (hovedsagelig og nogle andre) og/eller en opløsning af borsyre, tilsat til kølevæsken i en vis koncentration (borkontrol) . Stængernes bevægelse styres af specielle mekanismer, drev, der fungerer i henhold til signaler fra operatøren eller udstyr til automatisk kontrol af neutronfluxen.

I tilfælde af forskellige nødsituationer er hver reaktor forsynet med en nødafslutning af kædereaktionen, udført ved at tabe alle absorberende stænger i kernen - et nødbeskyttelsessystem.

Resterende varme

Selvom hehurtigt falder til værdier, der er små sammenlignet med steady-state værdier, er den i højeffektreaktorer signifikant i absolutte tal. Af denne grund medfører restvarmeproduktion et behov for en lang periode for at sikre varmefjernelse fra reaktorkernen, efter at den er lukket ned. Denne opgave kræver, at reaktoranlæggets design har kølesystemer med en pålidelig strømforsyning, og nødvendiggør desuden langtidsopbevaring (3-4 år) af brugt nukleart brændsel i lagerfaciliteter med et særligt temperaturregime - kølebassiner, som er normalt placeret i umiddelbar nærhed af reaktoren.

se også

Liste over atomreaktorer designet og bygget i Sovjetunionen

Litteratur

Levin V.E. Kernefysik og atomreaktorer. 4. udg. - M.: Atomizdat, 1979.
Shukolyukov A. Yu "Uran. Naturlig atomreaktor." "Kemi og liv" nr. 6, 1980, s. 20-24

Noter

"ZEEP - Canadas første atomreaktor", Canada Science and Technology Museum.
Greshilov A. A., Egupov N. D., Matushchenko A. M. Nukleart skjold. - M.: Logos, 2008. - 438 s. -

I historien om oprettelsen af atomreaktorer kan tre stadier spores. I det første trin blev de nødvendige og tilstrækkelige betingelser for forekomsten af en selvopretholdende kædereaktion bestemt. nuklear reaktion division. På anden fase blev alle fysiske effekter etableret, der fremmer og hindrer forekomsten af en selvopretholdende nuklear fissionskædereaktion, dvs. accelerere og bremse denne proces. Og endelig blev der udført kvantitative beregninger vedrørende reaktorens design og de processer, der foregår i den.

Oprettelsen af atomreaktorer var en løsning på en af de integrerede opgaver i det generelle atomproblem.

Verdens første reaktor, CP-1 (Chicago Physics), blev designet og konstrueret af E. Fermi i samarbejde med Anderson, Zinn, L. Woods og J. Weil og var placeret i tennishallen under tribunerne på University of Chicago stadion. Reaktoren begyndte at fungere den 2. december 1942 med en oprindelig designeffekt på 0,5 W. Den første uranreaktor SR-1 var fyldt med 6 tons uranmetal og en vis mængde (ikke nøjagtigt kendt) uranoxid på grund af mangel på uran i sin rene form.

Reaktoren skulle have en sfærisk form og var sammensat af vandrette lag af blokgrafit, som var placeret mellem lignende lag af vekslende blokke af grafit og uran, afkølet med luft. Reaktorens kritiske tilstand, hvor tabet af neutroner blev kompenseret af deres produktion (skabelse), blev nået, da kuglen blev bygget tre fjerdedele fuld, hvilket resulterede i, at reaktoren aldrig fik den endelige form af en regulær kugle .

Efter 12 dage blev effekten øget til 200 W, og yderligere effektforøgelse blev anset for at være risikabelt på grund af den farlige stråling, der genereres af installationen. Reaktoren blev flyttet uden for byen til Argonne Laboratory, hvor den blev samlet igen og udstyret med et beskyttende skjold.

Reaktoren blev manuelt styret ved hjælp af cadmiumstænger, der absorberede overskydende neutroner og var placeret i specielle kanaler. Derudover var der leveret to nødstænger og en automatisk styrestang.

Det første pilotanlæg gjorde det muligt at udføre en eksperimentel undersøgelse af processen med at producere plutonium, hvilket førte til den konklusion, at denne metode giver en reel mulighed for at producere det i tilstrækkelige mængder til at skabe en atombombe. I 1943, på Argonne National Laboratory, blev nøjagtig den samme reaktor SR-2 bygget til eksperimentel forskning (fig. 17.1), men med en kritisk størrelse i form af en terning, og i 1944 blev endnu en reaktor SR-3 bygget ( Fig. 17.2), hvor tungt vand fungerede som moderator, hvilket gjorde det muligt at reducere størrelsen af reaktoren betydeligt i forhold til de tidligere.

På grund af manglen på et kølesystem var reaktorens maksimale sikre effekt 200 W, men kl. kort tid effekten kunne øges til 100 kW. Reaktoren brugte fem 5,6 m lange kontrolstænger lavet af bronze belagt med cadmium. Tre af disse stænger var nødstænger, en stang tjente til grovjustering og en anden til finjustering af neutronfluxen og reaktoreffekten.

I slutningen af 1945, i Moskva, på territoriet af laboratorium nr. 2 af USSR Academy of Sciences, begyndte opførelsen af en bygning til den fysiske F-1 reaktoren, og i begyndelsen af 1946 begyndte udformningen af den første industrireaktor og det tilhørende plutoniumanlæg i Chelyabinsk-40 begyndte. I december 1946, ved F-1 uran-grafit forskningsreaktoren under ledelse af I.V. Kurchatov var den første i Europa til at udføre en selvopretholdende kædereaktion. Lanceringen af F-1-reaktoren, som stadig tjener videnskaben, gjorde det muligt at måle de nødvendige nukleare konstanter, vælge det optimale design af den første industrielle reaktor og studere spørgsmål om regulering og strålingssikkerhed.

Fysikkens historie i det tyvende århundrede omfattede også den første atomreaktor i Europa, skabt i USSR og personligt testet af I.V. Kurchatov i december 1946. Dens effekt nåede allerede op på 4000 kW, hvilket gjorde det muligt at skabe industrielle reaktorer baseret på de opnåede erfaringer. Selve reaktoren var placeret i en betongrav, i bunden af hvilken der var lagt otte lag grafitstænger. Over dem blev der lagt lag med huller-fatninger, i hvilke blokke af uran blev indsat. Der blev også lavet tre kanaler til cadmiumstænger, der sørgede for regulering af reaktionen og dens nødstop, og et antal vandrette kanaler forskellige former og størrelser til instrumentering og eksperimentelle formål. Samlet antal lag af grafitstænger udgjorde toogtres.

I 1947 var det ved denne reaktor muligt at opnå de første doser af plutonium, som ikke forekommer i naturen, der ligesom uran er et atombrændsel, og i tilstrækkelige mængder til at studere de grundlæggende fysiske egenskaber dens kerne. Den første industrielle reaktor i USSR til fremstilling af plutonium blev lanceret af Kurchatov i juni 1948.

I midten af 40'erne af det tyvende århundrede fik Los Alamos Scientific Laboratory (USA) til opgave at skabe en eksperimentel hurtig reaktor med plutoniumbrændsel, der demonstrerede muligheden for at producere elektricitet. Denne reaktor, kaldet Clementine, havde et kernevolumen på 2,5 liter plutoniummetal og blev afkølet med kviksølv. Montering af reaktoren begyndte i 1946, kritikalitet blev opnået i november 1946. Effektopstarten fandt sted i marts 1949. Reaktoren fungerede med en effekt på 25 kW (th).

Som en del af Manhattan Project (en hemmelig plan at skabe Amerikansk bombe) alt arbejde med at adskille uranisotoper blev betroet den berømte amerikanske fysiker E. Lawrences laboratorium. I sin rapport til den amerikanske regering i juli 1941 skrev Lawrence: "En ny og ekstremt vigtig mulighed har åbnet sig for udnyttelsen af kædereaktionen med uadskilte isotoper [af uran]. Tilsyneladende, hvis en kædereaktion kunne opnås, kunne den udføres... i en periode specifikt for at producere grundstoffet atomnummer 94 [plutonium]... Hvis tilgængeligt... store mængder dette grundstof, ville det sandsynligvis være muligt at udføre en kædereaktion ved hjælp af hurtige neutroner. I en sådan reaktion ville energi blive frigivet med eksplosiv hastighed, og det tilsvarende system kunne karakteriseres ... som en "superbombe."

Clementine-reaktoren var den første hurtige neutronreaktor og også den første, der brugte plutonium-239 som brændstof. Den aktive zone i form af en cylinder med en højde på 15 cm og en diameter på 15 cm bestod af lodrette brændstofstænger i en stålskal. Naturligvis var der ingen moderator. Metal uran og stål fungerede som en reflektor. Kviksølvkølevæsken havde et ubetydeligt tværsnit til at fange langsomme neutroner. Reaktoren blev styret af stænger, der fjernede noget af uranen fra reflektoren, da bor eller cadmium, der anvendes i termiske reaktorer, ikke er egnet til hurtige reaktorer.

På Argonne National Laboratory (USA) blev der, uafhængigt af de beskrevne undersøgelser, udført arbejde med at skabe en eksperimentel hurtig neutronforædlingsreaktor EBR-1. Hovedmålet Dette projekt var en test af konceptet med et atomkraftværk med en hurtig forædlingsreaktor som kraftenhed. Konstruktionen af reaktoren begyndte i 1951, og kritikalitet blev opnået i august 1951. I december 1951 brugte atomenergi for første gang, elektricitet med en reaktoreffekt på 200 kW(e). Reaktorbrændselselementerne var rustfri stålrør indeholdende højt beriget uranmetal. Kernen blev afkølet ved at pumpe en legering af natrium og kalium igennem den (fig. 17.3). Reflektoren bestod af to dele: flere stænger af naturligt uraniummetal, der omgav kernen, og flere kileformede blokke af samme materiale. Reaktoren blev styret ved at indføre uranmetalstænger ind og ud af den eksterne reflektor.

Reaktoren genererede samtidig den energi, der frigives under fission under påvirkning af hurtige neutroner og reproducerede det fissile materiale. Strengt taget skal en forædlingsreaktor bruge det samme fissile materiale, som den producerer, for eksempel plutonium-239 i reaktorer med uran-238 som råmateriale til fremstilling af sekundært brændselsmateriale (plutonium). Imidlertid bruges uran-235 nu som det fissile materiale i mange hurtige neutronreaktorer. I hurtige neutronreaktorer bør kølevæsken ikke indeholde grundstoffer med et lavt massetal, da de vil bremse neutronerne. Intensiv varmefjernelse fra en lille kerne kræver et kølevæske med exceptionelt høje varmefjernende egenskaber.

Kun ét stof - flydende natrium - opfylder disse betingelser.

Analyse af brændselsmaterialerne i EBR-1-reaktorreflektoren efter dens drift i nogen tid viste, at den opnåede avlsfaktor, dvs. forholdet mellem mængden af produceret plutonium-239 og mængden af forbrugt uranium-235 er lidt højere end 100%. Da forholdene i reaktoren ikke var ideelle, blev det vurderet, at opdræt af plutonium-239 skulle være praktisk rentabelt. Dette blev bekræftet i Storbritannien ved eksperimenter på en hurtig neutronreaktor med meget lav effekt (2 W), hvor plutonium-239 tjente som brændstof. Det viste sig, at for hver plutoniumkerne, der splittes, blev der nydannet cirka to. Således er gevinsten under reproduktion ret betydelig. I sidste ende bør sådanne reaktorer tilhøre hovedrollen i atomenergiudviklingsprogrammet.

Atomreaktorer har én opgave: at spalte atomer i en kontrolleret reaktion og bruge den frigivne energi til at generere elektrisk strøm. I mange år er reaktorer blevet set som både et mirakel og en trussel.

Da den første kommercielle amerikanske reaktor kom online i Shippingport, Pennsylvania, i 1956, blev teknologien hyldet som fremtidens energikilde, og nogle mente, at reaktorerne ville gøre produktionen af elektricitet for billig. I øjeblikket er der bygget 442 på verdensplan. atomreaktor, omkring en fjerdedel af disse reaktorer er i USA. Verden er blevet afhængig af atomreaktorer og producerer 14 procent af sin elektricitet. Futurister fantaserede endda om atombiler.

Da Unit 2-reaktoren på Three Mile Island Power Plant i Pennsylvania oplevede et kølesystemsvigt og delvis nedsmeltning af dets radioaktive brændsel i 1979, ændrede de varme følelser om reaktorer sig radikalt. Selvom den ødelagte reaktor var indesluttet og ingen alvorlig stråling blev udsendt, begyndte mange mennesker at se reaktorer som for komplekse og sårbare med potentiel katastrofale konsekvenser. Folk var også bekymrede radioaktivt affald fra reaktorer. Som følge heraf er byggeriet af nye atomkraftværker i USA gået i stå. Da der skete en mere alvorlig ulykke Tjernobyl atomkraftværk i Sovjetunionen i 1986 virkede atomkraft dødsdømt.

Men i begyndelsen af 2000'erne begyndte atomreaktorer at gøre comeback, takket være stigende energibehov og svindende forsyninger af fossile brændstoffer, samt voksende bekymringer om klimaændringer som følge af kuldioxidemissioner.

Men i marts 2011 opstod endnu en krise - denne gang blev Fukushima 1-atomkraftværket i Japan hårdt beskadiget af et jordskælv.

Brug af nuklear reaktion

Enkelt sagt spalter en atomreaktor atomer og frigiver den energi, der holder deres dele sammen.

Hvis du har glemt fysikken Gymnasium, vil vi minde dig om hvordan nuklear fission arbejder. Atomer er som små solsystemer, med en kerne som Solen og elektroner som planeter i kredsløb omkring den. Kernen består af partikler kaldet protoner og neutroner, som er bundet sammen. Den kraft, der binder kernens elementer, er svær at forestille sig. Den er mange milliarder gange stærkere end tyngdekraften. På trods af denne enorme kraft er det muligt at splitte en kerne – ved at skyde neutroner mod den. Når dette er gjort, vil en masse energi blive frigivet. Når atomer henfalder, styrter deres partikler ind i nærliggende atomer og spalter dem, og de er til gengæld de næste, og de næste og de næste. Der er en såkaldt kædereaktion.

Uran, et grundstof med store atomer, er ideelt til fissionsprocessen, fordi den kraft, der binder partiklerne i dens kerne, er relativt svag sammenlignet med andre grundstoffer. Atomreaktorer bruger en bestemt isotop kaldet Uløb-235 . Uran-235 er sjælden i naturen, med malm fra uranminer, der kun indeholder omkring 0,7 % uran-235. Det er derfor, der bruges reaktorer berigetUsår, som skabes ved at separere og koncentrere Uranium-235 gennem en gasdiffusionsproces.

En kædereaktionsproces kan skabes i atombombe, svarende til dem, der blev kastet over de japanske byer Hiroshima og Nagasaki under Anden Verdenskrig. Men i en atomreaktor styres kædereaktionen ved at indsætte kontrolstave lavet af materialer som cadmium, hafnium eller bor, der absorberer nogle af neutronerne. Dette gør det stadig muligt for fissionsprocessen at frigive nok energi til at opvarme vandet til omkring 270 grader celsius og omdanne det til damp, som bruges til at dreje kraftværkets turbiner og generere elektricitet. Dybest set, i dette tilfælde, arbejder en kontrolleret atombombe i stedet for kul for at skabe elektricitet, bortset fra at energien til at koge vandet kommer fra spaltning af atomer i stedet for at brænde kulstof.

Atomreaktorkomponenter

Der er et par stykker forskellige typer atomreaktorer, men de har alle nogle Generelle egenskaber. De har alle en forsyning af radioaktive brændstofpiller - normalt uranoxid - som er arrangeret i rør til at danne brændstofstave i aktive zonerereaktor.

Reaktoren har også det tidligere nævnte ledereestangOg- lavet af et neutronabsorberende materiale såsom cadmium, hafnium eller bor, som indsættes for at kontrollere eller stoppe en reaktion.

Reaktoren har også moderator, et stof, der bremser neutroner og hjælper med at kontrollere fissionsprocessen. De fleste reaktorer i USA bruger almindeligt vand, men reaktorer i andre lande bruger nogle gange grafit eller tungwowvandpå, hvor brint er erstattet af deuterium, en isotop af brint med en proton og en neutron. En anden vigtig del af systemet er afkølingog jegvæskeb, som regel, almindeligt vand, som absorberer og overfører varme fra reaktoren for at skabe damp til at dreje turbinen og afkøler reaktorområdet, så det ikke når den temperatur, hvor uranen vil smelte (ca. 3815 grader Celsius).

Til sidst er reaktoren lukket ind skallerpå, en stor, tung struktur, normalt flere meter tyk, lavet af stål og beton, der holder radioaktive gasser og væsker inde, hvor de ikke kan skade nogen.

Der er et antal forskellige designs reaktorer i brug, men en af de mest almindelige er trykvandskraftreaktor (VVER). I en sådan reaktor tvinges vand i kontakt med kernen og forbliver der under et sådant tryk, at det ikke kan blive til damp. Dette vand kommer så i kontakt med utrykt vand i dampgeneratoren, som bliver til damp, som roterer turbinerne. Der er også et design højeffektkanaltype reaktor (RBMK) med ét vandkredsløb og hurtig neutronreaktor med to natrium- og et vandkredsløb.

Hvor sikker er en atomreaktor?

At besvare dette spørgsmål er ret svært og afhænger af, hvem du spørger, og hvordan du definerer "sikker". Er du bekymret over stråling eller radioaktivt affald, der genereres i reaktorer? Eller er du mere bekymret for muligheden for en katastrofal ulykke? Hvilken grad af risiko anser du for at være en acceptabel afvejning for fordelene ved atomkraft? Og i hvilken grad har du tillid til regeringen og atomenergien?

"Stråling" er et stærkt argument, primært fordi vi alle ved, at store doser af stråling, for eksempel fra en eksplosion atombombe, kan dræbe mange tusinde mennesker.

Fortalere for atomkraft påpeger dog, at vi alle jævnligt udsættes for stråling fra en række forskellige kilder, bl.a. kosmiske stråler og naturlig stråling udsendt af Jorden. Den gennemsnitlige årlige strålingsdosis er omkring 6,2 millisieverts (mSv), halvdelen af den fra naturlige kilder, og halvdelen fra kunstige kilder, lige fra røntgen af thorax, røgdetektorer og lysende urskiver. Hvor meget stråling får vi fra atomreaktorer? Kun en lille brøkdel af en procent af vores typiske årlige eksponering er 0,0001 mSv.

Mens alle atomkraftværker uundgåeligt lækker lille beløb stråling, regulatoriske kommissioner holder atomkraftværksoperatører til strenge krav. De kan ikke udsætte mennesker, der bor omkring anlægget, for mere end 1 mSv stråling om året, og arbejdere på anlægget har en tærskel på 50 mSv om året. Det kan virke som meget, men ifølge Nuclear Regulatory Commission er der ingen medicinsk dokumentation for, at årlige strålingsdoser under 100 mSv udgør nogen risiko for menneskers sundhed.

Men det er vigtigt at bemærke, at ikke alle er enige i denne selvtilfredse vurdering af strålingsrisici. For eksempel studerede Physicians for Social Responsibility, en mangeårig kritiker af atomindustrien, børn, der bor omkring tyske atomkraftværker. Undersøgelsen viste, at mennesker, der bor inden for 5 km fra planter, havde dobbelt så stor risiko for at få leukæmi sammenlignet med dem, der bor længere fra atomkraftværker.

Atomreaktoraffald

Atomkraft bliver af sine tilhængere udråbt som "ren" energi, fordi reaktoren ikke udsender store mængder drivhusgasser til atmosfæren sammenlignet med kulfyrede kraftværker. Men kritikere peger på noget andet miljøproblem— genbrug atomaffald. Noget af det brugte brændsel fra reaktorerne frigiver stadig radioaktivitet. Andet unødvendigt materiale, der bør gemmes er radioaktivt affald højt niveau , en flydende rest fra oparbejdning af brugt brændsel, hvori noget af uranet forbliver. Lige nu opbevares det meste af dette affald lokalt kl atomkraftværker i damme med vand, der absorberer noget af den resterende varme produceret af det brugte brændsel og hjælper med at beskytte arbejderne mod strålingseksponering

Et af problemerne med brugt nukleart brændsel er, at det er blevet ændret af fissionsprocessen Når store uranatomer spaltes, danner de biprodukter - radioaktive isotoper af flere lette grundstoffer såsom cæsium-137 og strontium-90. fissionsprodukter. De er varme og meget radioaktive, men til sidst, over en periode på 30 år, henfalder de til mindre farlige former. Denne periode kaldes for dem Pperiodeohmhalvt liv. Andre radioaktive grundstoffer vil have forskellige halveringstider. Derudover fanger nogle uranatomer også neutroner og danner tungere grundstoffer som Plutonium. Disse transuranelementer skaber ikke så meget varme eller gennemtrængende stråling som fissionsprodukter, men de tager meget længere tid at henfalde. Plutonium-239 har for eksempel en halveringstid på 24.000 år.

Disse radioaktivespilds højt niveau fra reaktorer er farlige for mennesker og andre livsformer, fordi de kan frigive enorme, dødelig dosis stråling selv fra kortvarig eksponering. Ti år efter at have fjernet det resterende brændstof fra en reaktor, for eksempel, udsender de 200 gange mere radioaktivitet i timen, end det ville tage at dræbe en person. Og hvis affaldet ender i grundvand eller floder, de kan falde i fødekæde og sætte et stort antal mennesker i fare.

Fordi affald er så farligt, er mange mennesker i en vanskelig situation. 60.000 tons affald ligger på atomkraftværker tæt på store byer. Men det er ikke nemt at finde et sikkert sted at opbevare affald.

Hvad kan gå galt med en atomreaktor?

Med regeringsmyndigheder, der ser tilbage på deres erfaringer, har ingeniører brugt meget tid gennem årene på at designe reaktorer til optimal sikkerhed. Det er bare, at de ikke går i stykker, fungerer korrekt og har backup-sikkerhedsforanstaltninger, hvis noget ikke går efter planen. Som følge heraf ser atomkraftværker år efter år ud til at være ret sikre sammenlignet med f.eks. flyrejser, som jævnligt dræber mellem 500 og 1.100 mennesker om året på verdensplan.

Atomreaktorer lider dog under store nedbrud. På den internationale nuklearbegivenhedsskala, som vurderer reaktorulykker fra 1 til 7, har der været fem ulykker siden 1957 med en rate fra 5 til 7.

Det værste mareridt er en fejl i kølesystemet, som fører til overophedning af brændstoffet. Brændstoffet bliver til væske og brænder derefter gennem indeslutningen og spytter ud radioaktiv stråling. I 1979 var enhed 2 på Three Mile Island atomkraftværket (USA) på randen af dette scenarie. Heldigvis var et veldesignet indeslutningssystem stærkt nok til at forhindre strålingen i at undslippe.

USSR var mindre heldigt. En alvorlig atomulykke fandt sted i april 1986 ved den 4. kraftenhed på Tjernobyl-atomkraftværket. Dette var forårsaget af en kombination af systemfejl, designfejl og dårligt uddannet personale. Under en rutinetest blev reaktionen pludselig intensiveret, og kontrolstængerne satte sig fast, hvilket forhindrede en nødstop. Den pludselige ophobning af damp forårsagede to termiske eksplosioner, der kastede reaktorens grafitmoderator op i luften. I mangel af noget til at afkøle reaktorbrændstofstængerne begyndte de at overophedes og kollapse fuldstændigt, hvilket resulterede i, at brændstoffet antog en flydende form. Mange stationsarbejdere og ulykkeslikvidatorer døde. Et stort antal af stråling spredt over et område på 323.749 kvadratkilometer. Antallet af dødsfald forårsaget af stråling er stadig uklart, men Verdensorganisation sundhedsmyndigheder siger, at det kan have forårsaget 9.000 kræftdødsfald.

Atomreaktorproducenter giver garantier baseret på probabilistisk vurderinge, hvor de forsøger at balancere den potentielle skade ved en begivenhed med sandsynligheden for, at den faktisk indtræffer. Men nogle kritikere siger, at de i stedet bør forberede sig på sjældne, uventede, men yderst farlige begivenheder. Et eksempel på dette er ulykken i marts 2011 på Fukushima 1-atomkraftværket i Japan. Stationen blev angiveligt designet til at modstå kraftigt jordskælv, men ikke så katastrofalt som jordskælvet med en styrke på 9,0, der rejste en 14 meter lang tsunamibølge over diger designet til at modstå en bølge på 5,4 meter. Tsunamiens stormløb ødelagde backup-dieselgeneratorerne, der var beregnet til at drive kølesystemet i anlæggets seks reaktorer i tilfælde af strømafbrydelse. Så selv efter at Fukushima-reaktorernes kontrolstænger stoppede fission, tillod det stadig varme brændstof temperaturer. at rejse sig farligt inde i de ødelagte reaktorer.

Japanske embedsmænd tyede til en sidste udvej - oversvømmede reaktorerne med enorme mængder havvand med tilsætning af borsyre, som var i stand til at forhindre en katastrofe, men ødelagde reaktorudstyret. Til sidst var japanerne ved hjælp af brandbiler og pramme i stand til at pumpe ferskvand ind i reaktorer. Men på det tidspunkt havde overvågning allerede vist alarmerende niveauer af stråling i omkringliggende jord og vand. I en landsby 40 km fra anlægget blev det radioaktive grundstof Cæsium-137 fundet i meget højere niveauer end efter Tjernobyl-katastrofen, hvilket rejste tvivl om muligheden for menneskelig beboelse i området.