Atomreaktor, operasjonsprinsipp, drift av en atomreaktor. Den første atomreaktoren - hvem oppfant den

Bygget under de vestlige tribunene fotballbane fra University of Chicago og slått på 2. desember 1942, Chicago Pile-1 (CP-1) var verdens første atomreaktor. Den besto av grafitt- og uranblokker, og hadde også kadmium-, indium- og sølvkontrollstaver, men hadde ingen strålebeskyttelse eller kjølesystem. Prosjektets vitenskapelige leder, fysiker Enrico Fermi, beskrev CP-1 som "en fuktig haug med svarte murstein og trestokker."

Arbeidet med reaktoren begynte 16. november 1942. har blitt gjort hardt arbeid. Fysikere og universitetsansatte jobbet døgnet rundt. De bygde et gitter av 57 lag med uranoksid og uranblokker innebygd i grafittblokker. En treramme støttet strukturen. Fermis protégé, Leona Woods - den eneste kvinnen på prosjektet - tok nøye målinger etter hvert som haugen vokste.

2. desember 1942 var reaktoren klar for testing. Den inneholdt 22 000 uranblokker og brukte 380 tonn grafitt, samt 40 tonn uranoksid og seks tonn uranmetall. Det tok 2,7 millioner dollar å bygge reaktoren. Eksperimentet startet klokken 09:45. 49 personer deltok: Fermi, Compton, Szilard, Zinn, Heberry, Woods, en ung snekker som laget grafittblokker og kadmiumstenger, leger, vanlige studenter og andre vitenskapsmenn.

Tre personer utgjorde "selvmordstroppen" - de var en del av sikkerhetssystemet. Jobben deres var å slukke brannen hvis noe gikk galt. Det var også kontroll: kontrollstaver som ble styrt manuelt og en nødstang som var knyttet til rekkverket på balkongen over reaktoren. I nødstilfeller måtte tauet klippes av en person spesielt på vakt på balkongen og stangen ville slukke reaksjonen.

Klokken 15:53 begynte en selvopprettholdende kjernefysisk kjedereaksjon for første gang i historien. Eksperimentet var en suksess. Reaktoren var i drift i 28 minutter.

Design og operasjonsprinsipp

Energifrigjøringsmekanisme

Omdannelsen av et stoff er ledsaget av frigjøring av fri energi bare hvis stoffet har en energireserve. Det siste betyr at mikropartikler av et stoff er i en tilstand med en hvileenergi som er større enn i en annen mulig tilstand som det eksisterer en overgang til. En spontan overgang forhindres alltid av en energibarriere, for å overvinne som mikropartikkelen må motta en viss mengde energi fra utsiden - eksitasjonsenergi. Den eksoenergetiske reaksjonen består i at i transformasjonen etter eksitasjon frigjøres mer energi enn det som kreves for å eksitere prosessen. Det er to måter å overvinne energibarrieren på: enten på grunn av den kinetiske energien til kolliderende partikler, eller på grunn av bindingsenergien til den sammenføyde partikkelen.

Hvis vi husker på den makroskopiske skalaen for energifrigjøring, må alle eller i det minste en del av partikler av stoffet ha den kinetiske energien som er nødvendig for å stimulere reaksjoner. Dette er kun oppnåelig ved å øke temperaturen til mediet til en verdi der energien til termisk bevegelse nærmer seg energiterskelen som begrenser prosessens forløp. Når det gjelder molekylære transformasjoner, altså kjemiske reaksjoner, en slik økning er vanligvis hundrevis av kelvin, men i tilfelle av kjernereaksjoner er den minst 10 7 på grunn av den svært høye høyden på Coulomb-barrierene for kolliderende kjerner. Termisk eksitasjon av kjernereaksjoner utføres i praksis bare under syntesen av de letteste kjernene, der Coulomb-barrierene er minimale (termonukleær fusjon).

Eksitering ved å sammenføye partikler krever ikke mye kinetisk energi, og er derfor ikke avhengig av temperaturen til mediet, siden det oppstår på grunn av ubrukte bindinger som er iboende i partiklene av tiltrekningskrefter. Men for å provosere reaksjoner er partiklene i seg selv nødvendige. Og hvis vi igjen mener ikke en individuell reaksjonshandling, men produksjon av energi i makroskopisk skala, så er dette bare mulig når en kjedereaksjon oppstår. Sistnevnte oppstår når partiklene som eksiterer reaksjonen dukker opp igjen som produkter av en eksoenergetisk reaksjon.

Design

Enhver atomreaktor består av følgende deler:

Kjerne med kjernebrensel og moderator;
Nøytronreflektor som omgir kjernen;
Kjedereaksjonskontrollsystem, inkludert nødbeskyttelse;
Strålebeskyttelse;
Fjernkontrollsystem.

Fysiske prinsipper for drift

Se også hovedartiklene:

Den nåværende tilstanden til en atomreaktor kan karakteriseres av den effektive nøytronmultiplikasjonsfaktoren k eller reaktivitet ρ , som er relatert av følgende relasjon:

Følgende verdier er typiske for disse mengdene:

k> 1 - kjedereaksjonen øker over tid, reaktoren er inne superkritisk tilstand, dens reaktivitet ρ > 0;
k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritisk, ρ < 0;
k = 1, ρ = 0 - antall kjernefysiske spaltninger er konstant, reaktoren er i en stabil kritisk betingelse.

Kritiske forhold for en atomreaktor:

, Hvor

Reversering av multiplikasjonsfaktoren til enhet oppnås ved å balansere multiplikasjonen av nøytroner med deres tap. Det er faktisk to årsaker til tapene: fangst uten fisjon og lekkasje av nøytroner utenfor avlsmediet.

Det er åpenbart 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 av den såkalte "formelen med 4 faktorer":

, Hvor

η er nøytronutbyttet for to absorpsjoner.

Volumene til moderne kraftreaktorer kan nå hundrevis av m³ og bestemmes hovedsakelig ikke av kritiske forhold, men av varmefjerningsevne.

Kritisk volum atomreaktor - volumet av reaktorkjernen i en kritisk tilstand. Kritisk masse- massen av det spaltbare materialet i reaktoren, som er i en kritisk tilstand.

Reaktorer der brenselet er vandige løsninger av salter av rene spaltbare isotoper med en vannnøytronreflektor har den laveste kritiske massen. For 235 U er denne massen 0,8 kg, for 239 Pu - 0,5 kg. Det er imidlertid allment kjent at den kritiske massen for LOPO-reaktoren (verdens første anriket uranreaktor), som hadde en berylliumoksidreflektor, var 0,565 kg, til tross for at anrikningsgraden for isotop 235 bare var litt høyere. enn 14 %. Teoretisk har den den minste kritiske massen, for hvilken denne verdien bare er 10 g.

For å redusere nøytronlekkasje gis kjernen en sfærisk eller nær sfærisk form, for eksempel en kort sylinder eller terning, siden disse figurene har det minste forholdet mellom overflateareal og volum.

Til tross for at verdien (e - 1) vanligvis er liten, er rollen til rask nøytronavling ganske stor, siden for store atomreaktorer (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

For å starte en kjedereaksjon er det vanligvis tilstrekkelig med nøytroner produsert under spontan fisjon av urankjerner. Det er også mulig å bruke en ekstern nøytronkilde for å starte reaktoren, for eksempel en blanding av og, eller andre stoffer.

Jodgrop

Hovedartikkel: Jodgrop

Jodgrop - en tilstand av en atomreaktor etter at den er slått av, preget av akkumulering av den kortvarige isotopen xenon. Denne prosessen fører til det midlertidige utseendet av betydelig negativ reaktivitet, som igjen gjør det umulig å bringe reaktoren til sin designkapasitet innen en viss periode (ca. 1-2 dager).

Klassifisering

Etter formål

I henhold til arten av deres bruk er atomreaktorer delt inn i:

Kraftreaktorer designet for å produsere elektrisk og termisk energi brukt i energisektoren, samt for avsalting av sjøvann (avsaltingsreaktorer er også klassifisert som industrielle). Slike reaktorer brukes hovedsakelig i kjernekraftverk. Den termiske kraften til moderne kraftreaktorer når 5 GW. En egen gruppe inkluderer:
- Transportreaktorer, designet for å levere energi til kjøretøymotorer. De bredeste bruksgruppene er marine transportreaktorer som brukes på ubåter og ulike overflatefartøyer, samt reaktorer som brukes innen romteknologi.
Eksperimentelle reaktorer, beregnet for studiet av forskjellige fysiske mengder, hvis verdi er nødvendig for utforming og drift av atomreaktorer; Effekten til slike reaktorer overstiger ikke flere kW.
Forskningsreaktorer, der flukser av nøytroner og gamma-kvanter skapt i kjernen brukes til forskning innen kjernefysikk, faststofffysikk, strålingskjemi, biologi, for testing av materialer beregnet på å operere i intense nøytronflukser (inkludert deler atomreaktorer) for produksjon av isotoper. Effekten til forskningsreaktorer overstiger ikke 100 MW. Den frigjorte energien brukes vanligvis ikke.
Industrielle (våpen, isotoper) reaktorer, brukes til å produsere isotoper som brukes på forskjellige felt. Mest brukt til å produsere atomvåpenmaterialer, for eksempel 239 Pu. Også klassifisert som industrielle er reaktorer som brukes til avsalting av sjøvann.

Ofte brukes reaktorer til å løse to eller flere forskjellige problemer, i så fall kalles de flerbruk. For eksempel ble noen kraftreaktorer, spesielt i de tidlige dagene av kjernekraft, designet først og fremst for eksperimentering. Raske nøytronreaktorer kan samtidig produsere energi og produsere isotoper. Industrielle reaktorer, i tillegg til hovedoppgaven, genererer ofte elektrisk og termisk energi.

I henhold til nøytronspekteret

Termisk (langsom) nøytronreaktor ("termisk reaktor")
Rask nøytronreaktor ("rask reaktor")

Ved drivstoffplassering

Heterogene reaktorer, hvor brensel er plassert diskret i kjernen i form av blokker, mellom hvilke det er en moderator;
Homogene reaktorer, hvor brensel og moderator er en homogen blanding (homogent system).

I en heterogen reaktor kan brenselet og moderatoren separeres romlig, spesielt i en hulromsreaktor omgir moderatorreflektoren et hulrom med brensel som ikke inneholder en moderator. Fra et kjernefysisk synspunkt er kriteriet for homogenitet/heterogenitet ikke designet, men plasseringen av brenselblokker i en avstand som overstiger nøytronmoderasjonslengden i en gitt moderator. Dermed er reaktorer med det såkalte "nære gitteret" utformet som homogene, selv om drivstoffet i dem vanligvis skilles fra moderatoren.

Kjernebrenselblokker i en heterogen reaktor kalles brenselsammensetninger (FA), som er plassert i kjernen ved nodene til et vanlig gitter, og danner celler.

Etter drivstofftype

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

Etter grad av berikelse:

naturlig uran
svakt anriket uran
høyt anriket uran

Etter kjemisk sammensetning:

metall U
UC (urankarbid), etc.

Etter type kjølevæske

Gass, (se grafittgassreaktor)
D 2 O (tungtvann, se Tungtvann atomreaktor, CANDU)

Etter type moderator

C (grafitt, se Grafitt-gassreaktor, Grafitt-vannreaktor)
H2O (vann, se Lettvannsreaktor, Vannkjølt reaktor, VVER)
D 2 O (tungtvann, se Tungtvann atomreaktor, CANDU)
Metallhydrider
Uten moderator (se Rask reaktor)

Av design

Ved hjelp av dampgenereringsmetode

Reaktor med ekstern dampgenerator (se vann-vannreaktor, VVER)

IAEA klassifisering

PWR (trykkvannsreaktorer) - vann-vannreaktor (trykkvannsreaktor);
BWR (kokende vannreaktor) - kokende vannreaktor;
FBR (fast breeder reactor) - fast breeder reactor;
GCR (gasskjølt reaktor) - gasskjølt reaktor;
LWGR (lettvannsgrafittreaktor) - grafittvannreaktor
PHWR (trykk tungtvannsreaktor) - tungtvannsreaktor

De vanligste i verden er trykkvann (ca. 62 %) og kokende vann (20 %) reaktorer.

Reaktormaterialer

Materialene som reaktorene er bygget av, opererer ved høye temperaturer i et felt av nøytroner, γ-kvanter og fisjonsfragmenter. Derfor er ikke alle materialer som brukes i andre grener av teknologi egnet for reaktorkonstruksjon. Ved valg av reaktormaterialer tas det hensyn til deres strålingsmotstand, kjemiske treghet, absorpsjonstverrsnitt og andre egenskaper.

Strålingsustabiliteten til materialer har mindre effekt ved høye temperaturer. Mobiliteten til atomer blir så stor at sannsynligheten for retur av atomer som er slått ut av krystallgitteret til deres plass eller rekombinasjon av hydrogen og oksygen til et vannmolekyl øker markant. Radiolysen av vann er således ubetydelig i energiikke-kokende reaktorer (for eksempel VVER), mens det i kraftige forskningsreaktorer frigjøres en betydelig mengde eksplosiv blanding. Reaktorer har spesielle systemer for brenning.

Reaktormaterialer er i kontakt med hverandre (drivstoffskall med kjølevæske og kjernebrensel, drivstoffkassetter med kjølevæske og moderator, etc.). Naturligvis må kontaktmaterialene være kjemisk inerte (kompatible). Et eksempel på inkompatibilitet er uran og varmt vann som inngår i en kjemisk reaksjon.

For de fleste materialer forringes styrkeegenskapene kraftig med økende temperatur. I kraftreaktorer opererer strukturelle materialer ved høye temperaturer. Dette begrenser valget av byggematerialer, spesielt for de delene av kraftreaktoren som skal tåle høyt trykk.

Utbrenthet og reproduksjon av kjernebrensel

Under driften av en atomreaktor, på grunn av akkumulering av fisjonsfragmenter i drivstoffet, endres dens isotopiske og kjemiske sammensetning, og transuraniske elementer, hovedsakelig isotoper, dannes. Effekten av fisjonsfragmenter på reaktiviteten til en atomreaktor kalles forgiftning(for radioaktive fragmenter) og slagging(for stabile isotoper).

Hovedårsaken til reaktorforgiftning er , som har det største nøytronabsorpsjonstverrsnittet (2,6·10 6 barn). Halveringstid på 135 Xe T 1/2 = 9,2 timer; Yielden under deling er 6-7%. Hovedtyngden av 135 Xe dannes som et resultat av forfallet ( T 1/2 = 6,8 timer). Ved forgiftning endres Keff med 1-3%. Det store absorpsjonstverrsnittet av 135 Xe og tilstedeværelsen av den mellomliggende isotopen 135 I fører til to viktige fenomener:

Til en økning i konsentrasjonen av 135 Xe og følgelig til en reduksjon i reaktiviteten til reaktoren etter at den er stoppet eller effekten er redusert ("jodgrop"), noe som gjør kortvarige stopp og svingninger i utgangseffekt umulig . Denne effekten overvinnes ved å innføre en reaktivitetsreserve i reguleringsorganer. Dybden og varigheten av jodbrønnen avhenger av nøytronfluksen Ф: ved Ф = 5·10 18 nøytron/(cm²·sek) er varigheten av jodbrønnen ˜ 30 timer, og dybden er 2 ganger større enn den stasjonære endring i Keff forårsaket av 135 Xe-forgiftning.
På grunn av forgiftning kan spatiotemporale fluktuasjoner i nøytronfluksen F, og følgelig i reaktorkraften, oppstå. Disse oscillasjonene skjer ved Ф > 10 18 nøytroner/(cm² sek) og store størrelser reaktor. Oscillasjonsperioder ~ 10 timer.

Når kjernefysisk fisjon oppstår stort antall stabile fragmenter som skiller seg i absorpsjonstverrsnitt sammenlignet med absorpsjonstverrsnittet til den fissile isotopen. Konsentrasjon av fragmenter med stor verdi Absorpsjonstverrsnittet når metning i løpet av de første dagene av reaktordrift. Dette er hovedsakelig drivstoffstaver av forskjellige "aldre".

Ved fullstendig brenselskifte har reaktoren overdreven reaktivitet som må kompenseres, mens i det andre tilfellet kreves kompensasjon først når reaktoren startes. Kontinuerlig overbelastning gjør det mulig å øke utbrenningsdybden, siden reaktorens reaktivitet bestemmes av gjennomsnittskonsentrasjonene av spaltbare isotoper.

Massen av lastet drivstoff overstiger massen av utlastet drivstoff på grunn av "vekten" av den frigjorte energien. Etter at reaktoren er stengt, først hovedsakelig på grunn av fisjon av forsinkede nøytroner, og deretter, etter 1-2 minutter, på grunn av β- og γ-stråling av fisjonsfragmenter og transuranelementer, fortsetter frigjøringen av energi i brenselet. Hvis reaktoren fungerte lenge nok før stopp, så 2 minutter etter stopp, er energifrigjøringen omtrent 3%, etter 1 time - 1%, etter en dag - 0,4%, etter et år - 0,05% av den opprinnelige kraften.

Forholdet mellom antall spaltbare Pu-isotoper dannet i en atomreaktor og mengden brente 235 U kalles konverteringsfrekvens K K . Verdien av K K øker med avtagende berikelse og utbrenning. For en tungtvannsreaktor som bruker naturlig uran, med en utbrenning på 10 GW dag/t K K = 0,55, og med små utbrenninger (i dette tilfellet kalles K K innledende plutoniumkoeffisient) K K = 0,8. Hvis en atomreaktor brenner og produserer de samme isotoper (oppdrettsreaktor), kalles forholdet mellom reproduksjonshastigheten og utbrenningshastigheten reproduksjonshastighet K V. I atomreaktorer som bruker termiske nøytroner 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 faller.

Atomreaktorkontroll

Kontroll av en atomreaktor er bare mulig på grunn av det faktum at under fisjon flyr noen av nøytronene ut av fragmentene med en forsinkelse, som kan variere fra flere millisekunder til flere minutter.

For å kontrollere reaktoren brukes absorberstaver, innført i kjernen, laget av materialer som sterkt absorberer nøytroner (hovedsakelig og noen andre) og/eller en løsning av borsyre, i en viss konsentrasjon lagt til kjølevæsken (borregulering). Bevegelsen av stengene er kontrollert spesielle mekanismer, stasjoner som opererer i henhold til signaler fra operatøren eller utstyr for automatisk kontroll av nøytronfluksen.

Ved forskjellig nødsituasjoner I hver reaktor er det gitt en nødavslutning av kjedereaksjonen, utført ved å slippe alle absorberende stenger ned i kjernen - et nødbeskyttelsessystem.

Restvarme

Et viktig spørsmål som er direkte knyttet til atomsikkerhet er råtevarme. Dette er et spesifikt trekk ved kjernebrensel, som består i det faktum at etter opphør av fisjonskjedereaksjonen og den termiske treghet som er vanlig for enhver energikilde, fortsetter frigjøringen av varme i reaktoren i lang tid, som skaper en rekke teknisk komplekse problemer.

Restvarme er en konsekvens av β- og γ-nedbrytningen av fisjonsprodukter som akkumuleres i brenselet under driften av reaktoren. Fisjonsproduktkjerner, på grunn av forfall, forvandles til en mer stabil eller fullstendig stabil tilstand med frigjøring av betydelig energi.

Selv om varmeavgivelseshastigheten raskt avtar til verdier som er små sammenlignet med steady-state verdier, er det betydelig i kraftige kraftreaktorer. absolutte verdier. Av denne grunn er det nødvendig med gjenværende varmeutvikling lang tid sikre varmefjerning fra reaktorkjernen etter avstengning. Denne oppgaven krever utforming av reaktorinstallasjonen til å ha kjølesystemer med pålitelig strømforsyning, og nødvendiggjør også langtidslagring (3-4 år) av brukt kjernebrensel i lageranlegg med spesielle temperaturforhold- kjølebassenger, som vanligvis er plassert i umiddelbar nærhet til reaktoren.

se også

Liste over atomreaktorer designet og bygget i Sovjetunionen

Litteratur

Levin V.E. Kjernefysikk og atomreaktorer. 4. utg. - M.: Atomizdat, 1979.
Shukolyukov A. Yu. "Uran. Naturlig atomreaktor." «Chemistry and Life» nr. 6, 1980, s. 20-24

Notater

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

Design og operasjonsprinsipp

Energifrigjøringsmekanisme

Hvis vi husker den makroskopiske skalaen for energifrigjøring, må alle eller i det minste en del av partikler av stoffet ha den kinetiske energien som er nødvendig for å eksitere reaksjoner. Dette er kun oppnåelig ved å øke temperaturen til mediet til en verdi der energien til termisk bevegelse nærmer seg energiterskelen som begrenser prosessens forløp. Når det gjelder molekylære transformasjoner, det vil si kjemiske reaksjoner, er en slik økning vanligvis hundrevis av kelvin, men når det gjelder kjernereaksjoner, er den minst 10 7 på grunn av den svært høye høyden på Coulomb-barrierene for kolliderende kjerner. Termisk eksitasjon av kjernereaksjoner utføres i praksis bare under syntesen av de letteste kjernene, der Coulomb-barrierene er minimale (termonukleær fusjon).

Eksitering ved å sammenføye partikler krever ikke stor kinetisk energi, og er derfor ikke avhengig av temperaturen til mediet, siden det oppstår på grunn av ubrukte bindinger som er iboende i partiklers tiltrekningskrefter. Men for å provosere reaksjoner er partiklene i seg selv nødvendige. Og hvis vi igjen mener ikke en individuell reaksjonshandling, men produksjon av energi i makroskopisk skala, så er dette bare mulig når en kjedereaksjon oppstår. Sistnevnte oppstår når partiklene som eksiterer reaksjonen dukker opp igjen som produkter av en eksoenergetisk reaksjon.

Design

Enhver atomreaktor består av følgende deler:

Kjerne med kjernebrensel og moderator;
Nøytronreflektor som omgir kjernen;
Kjedereaksjonskontrollsystem, inkludert nødbeskyttelse;
Strålebeskyttelse;
Fjernkontrollsystem.

Fysiske prinsipper for drift

Se også hovedartiklene:

Den nåværende tilstanden til en atomreaktor kan karakteriseres av den effektive nøytronmultiplikasjonsfaktoren k eller reaktivitet ρ , som er relatert av følgende relasjon:

Følgende verdier er typiske for disse mengdene:

k> 1 - kjedereaksjonen øker over tid, reaktoren er inne superkritisk tilstand, dens reaktivitet ρ > 0;
k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritisk, ρ < 0;
k = 1, ρ = 0 - antall kjernefysiske spaltninger er konstant, reaktoren er i en stabil kritisk betingelse.

Kritiske forhold for en atomreaktor:

, Hvor

k 0 for termiske reaktorer kan bestemmes av den såkalte "formelen med 4 faktorer":

, Hvor

η er nøytronutbyttet for to absorpsjoner.

Volumene til moderne kraftreaktorer kan nå hundrevis av m³ og bestemmes hovedsakelig ikke av kritiske forhold, men av varmefjerningsevne.

Kritisk volum atomreaktor - volumet av reaktorkjernen i en kritisk tilstand. Kritisk masse- massen av det spaltbare materialet i reaktoren, som er i en kritisk tilstand.

Jodgrop

Hovedartikkel: Jodgrop

Klassifisering

Etter formål

I henhold til arten av deres bruk er atomreaktorer delt inn i:

Kraftreaktorer designet for å produsere elektrisk og termisk energi brukt i energisektoren, samt for avsalting av sjøvann (avsaltingsreaktorer er også klassifisert som industrielle). Slike reaktorer brukes hovedsakelig i kjernekraftverk. Den termiske kraften til moderne kraftreaktorer når 5 GW. En egen gruppe inkluderer:
- Transportreaktorer, designet for å levere energi til kjøretøymotorer. De bredeste bruksgruppene er marine transportreaktorer som brukes på ubåter og ulike overflatefartøyer, samt reaktorer som brukes innen romteknologi.
Eksperimentelle reaktorer, beregnet for studiet av forskjellige fysiske mengder, hvis verdi er nødvendig for utforming og drift av atomreaktorer; Effekten til slike reaktorer overstiger ikke flere kW.
Forskningsreaktorer, der flukser av nøytroner og gamma-kvanter skapt i kjernen brukes til forskning innen kjernefysikk, faststofffysikk, strålingskjemi, biologi, for testing av materialer beregnet på å operere i intense nøytronflukser (inkludert deler atomreaktorer) for produksjon av isotoper. Effekten til forskningsreaktorer overstiger ikke 100 MW. Den frigjorte energien brukes vanligvis ikke.
Industrielle (våpen, isotoper) reaktorer, brukes til å produsere isotoper som brukes på forskjellige felt. Mest brukt til å produsere atomvåpenmaterialer, for eksempel 239 Pu. Også klassifisert som industrielle er reaktorer som brukes til avsalting av sjøvann.

I henhold til nøytronspekteret

Termisk (langsom) nøytronreaktor ("termisk reaktor")
Rask nøytronreaktor ("rask reaktor")

Ved drivstoffplassering

Heterogene reaktorer, hvor brensel er plassert diskret i kjernen i form av blokker, mellom hvilke det er en moderator;
Homogene reaktorer, hvor brensel og moderator er en homogen blanding (homogent system).

Kjernebrenselblokker i en heterogen reaktor kalles brenselsammensetninger (FA), som er plassert i kjernen ved nodene til et vanlig gitter, og danner celler.

Etter drivstofftype

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

Etter grad av berikelse:

naturlig uran
svakt anriket uran
høyt anriket uran

Etter kjemisk sammensetning:

metall U
UC (urankarbid), etc.

Etter type kjølevæske

Gass, (se grafittgassreaktor)
D 2 O (tungtvann, se Tungtvann atomreaktor, CANDU)

Etter type moderator

C (grafitt, se Grafitt-gassreaktor, Grafitt-vannreaktor)
H2O (vann, se Lettvannsreaktor, Vannkjølt reaktor, VVER)
D 2 O (tungtvann, se Tungtvann atomreaktor, CANDU)
Metallhydrider
Uten moderator (se Rask reaktor)

Av design

Ved hjelp av dampgenereringsmetode

Reaktor med ekstern dampgenerator (se vann-vannreaktor, VVER)

IAEA klassifisering

PWR (trykkvannsreaktorer) - vann-vannreaktor (trykkvannsreaktor);
BWR (kokende vannreaktor) - kokende vannreaktor;
FBR (fast breeder reactor) - fast breeder reactor;
GCR (gasskjølt reaktor) - gasskjølt reaktor;
LWGR (lettvannsgrafittreaktor) - grafittvannreaktor
PHWR (trykk tungtvannsreaktor) - tungtvannsreaktor

De vanligste i verden er trykkvann (ca. 62 %) og kokende vann (20 %) reaktorer.

Reaktormaterialer

Utbrenthet og reproduksjon av kjernebrensel

Til en økning i konsentrasjonen av 135 Xe og følgelig til en reduksjon i reaktiviteten til reaktoren etter at den er stoppet eller effekten er redusert ("jodgrop"), noe som gjør kortvarige stopp og svingninger i utgangseffekt umulig . Denne effekten overvinnes ved å innføre en reaktivitetsreserve i reguleringsorganer. Dybden og varigheten av jodbrønnen avhenger av nøytronfluksen Ф: ved Ф = 5·10 18 nøytron/(cm²·sek) er varigheten av jodbrønnen ˜ 30 timer, og dybden er 2 ganger større enn den stasjonære endring i Keff forårsaket av 135 Xe-forgiftning.
På grunn av forgiftning kan spatiotemporale fluktuasjoner i nøytronfluksen F, og følgelig i reaktorkraften, oppstå. Disse oscillasjonene skjer ved Ф > 10 18 nøytroner/(cm²·sek) og store reaktorstørrelser. Oscillasjonsperioder ~ 10 timer.

Kjernefysisk fisjon produserer et stort antall stabile fragmenter, som er forskjellige i absorpsjonstverrsnitt sammenlignet med absorpsjonstverrsnittet til den spaltbare isotopen. Konsentrasjonen av fragmenter med stort absorpsjonstverrsnitt når metning i løpet av de første dagene av reaktordrift. Dette er hovedsakelig drivstoffstaver av forskjellige "aldre".

Atomreaktorkontroll

For å kontrollere reaktoren brukes absorberstaver, innført i kjernen, laget av materialer som sterkt absorberer nøytroner (hovedsakelig, og noen andre) og/eller en løsning av borsyre, tilsatt til kjølevæsken i en viss konsentrasjon (borkontroll) . Bevegelsen av stengene styres av spesielle mekanismer, drev, som opererer i henhold til signaler fra operatøren eller utstyr for automatisk kontroll av nøytronfluksen.

I tilfelle ulike nødsituasjoner er hver reaktor utstyrt med en nødavslutning av kjedereaksjonen, utført ved å slippe alle absorberende stenger ned i kjernen - et nødbeskyttelsessystem.

Restvarme

Selv om varmeavgivelseshastigheten raskt avtar til verdier som er små sammenlignet med steady-state verdier, er den i høyeffektreaktorer signifikant i absolutte termer. Av denne grunn medfører restvarmeavgivelse behov for en lang tidsperiode for å sikre varmefjerning fra reaktorkjernen etter at den er stengt. Denne oppgaven krever utforming av reaktorinstallasjonen for å ha kjølesystemer med pålitelig strømforsyning, og nødvendiggjør også langsiktig (3-4 år) lagring av brukt kjernebrensel i lageranlegg med et spesielt temperaturregime - kjølebassenger, som er vanligvis plassert i umiddelbar nærhet til reaktoren.

se også

Liste over atomreaktorer designet og bygget i Sovjetunionen

Litteratur

Levin V.E. Kjernefysikk og kjernefysiske reaktorer. 4. utg. - M.: Atomizdat, 1979.
Shukolyukov A. Yu. "Uran. Naturlig atomreaktor." «Chemistry and Life» nr. 6, 1980, s. 20-24

Notater

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

I historien om opprettelsen av atomreaktorer kan tre stadier spores. I det første trinnet ble de nødvendige og tilstrekkelige betingelser for forekomsten av en selvopprettholdende kjedereaksjon bestemt. kjernefysisk reaksjon inndeling. På det andre trinnet ble alle fysiske effekter etablert som fremmer og hindrer forekomsten av en selvopprettholdende kjernefysisk fisjonskjedereaksjon, dvs. akselerere og bremse denne prosessen. Og til slutt ble det utført kvantitative beregninger angående utformingen av reaktoren og prosessene som skjer i den.

Opprettelsen av atomreaktorer var en løsning på en av de integrerte oppgavene til det generelle atomproblemet.

Verdens første reaktor, CP-1 (Chicago Physics), ble designet og konstruert av E. Fermi i samarbeid med Anderson, Zinn, L. Woods og J. Weil og var plassert i tennishallen under tribunen til University of Chicago stadion. Reaktoren begynte å operere 2. desember 1942, med en opprinnelig designeffekt på 0,5 W. Den første uranreaktoren SR-1 ble lastet med 6 tonn uranmetall og en viss mengde (ikke nøyaktig kjent) uranoksid på grunn av mangel på uran i sin rene form.

Reaktoren skulle ha en sfærisk form og var sammensatt av horisontale lag av blokkgrafitt, som var plassert mellom lignende lag av vekslende blokker av grafitt og uran, avkjølt med luft. Den kritiske tilstanden til reaktoren, der tapet av nøytroner ble kompensert av deres produksjon (skaping), ble nådd da sfæren ble bygget tre fjerdedeler full, som et resultat av at reaktoren aldri fikk den endelige formen til en vanlig sfære. .

Etter 12 dager ble effekten økt til 200 W og ytterligere økning i effekt ble ansett som risikabelt på grunn av den farlige strålingen som ble generert av installasjonen. Reaktoren ble flyttet utenfor byen til Argonne Laboratory, hvor den ble satt sammen igjen og utstyrt med et beskyttende skjold.

Reaktoren ble manuelt styrt ved hjelp av kadmiumstaver som absorberte overflødige nøytroner og var plassert i spesielle kanaler. I tillegg ble det levert to nødstenger og en automatisk styrestang.

Det første pilotanlegget gjorde det mulig å gjennomføre en eksperimentell studie av prosessen med å produsere plutonium, noe som førte til konklusjonen at denne metoden gir en reell mulighet for å produsere den i tilstrekkelige mengder til å lage en atombombe. I 1943, ved Argonne National Laboratory, ble nøyaktig den samme reaktor SR-2 bygget for eksperimentell forskning (fig. 17.1), men med en kritisk størrelse i form av en kube, og i 1944 ble en annen reaktor SR-3 bygget ( Fig. 17.2), der tungtvann fungerte som moderator, noe som gjorde det mulig å redusere størrelsen på reaktoren betydelig sammenlignet med de forrige.

På grunn av mangelen på et kjølesystem var den maksimale sikre effekten til reaktoren 200 W, men kl. en kort tid effekten kunne økes til 100 kW. Reaktoren brukte fem 5,6 m lange kontrollstaver laget av bronse belagt med kadmium. Tre av disse stengene var nødstenger, en stang tjente til grovjustering og en annen for finjustering av nøytronfluksen og reaktoreffekten.

På slutten av 1945, i Moskva, på territoriet til laboratorium nr. 2 til USSR Academy of Sciences, begynte byggingen av en bygning for den fysiske F-1-reaktoren, og i begynnelsen av 1946 begynte utformingen av den første industrireaktor og det tilhørende plutoniumanlegget i Chelyabinsk-40 begynte. I desember 1946, ved F-1 uran-grafitt forskningsreaktoren under ledelse av I.V. Kurchatov var den første i Europa som gjennomførte en selvopprettholdende kjedereaksjon. Lanseringen av F-1-reaktoren, som fortsatt tjener vitenskapen, gjorde det mulig å måle de nødvendige kjernefysiske konstantene, velge den optimale utformingen av den første industrielle reaktoren og studere spørsmål om regulering og strålingssikkerhet.

Fysikkens historie i det tjuende århundre inkluderte også den første atomreaktoren i Europa, opprettet i USSR og personlig testet av I.V. Kurchatov i desember 1946. Effekten nådde allerede 4000 kW, noe som gjorde det mulig å lage industrielle reaktorer basert på erfaringene. Selve reaktoren var plassert i en betonggrop, i bunnen av denne ble det lagt åtte lag med grafittstenger. Over dem ble det lagt lag med hull-sokler, i hvilke blokker av uran ble satt inn. Det ble også laget tre kanaler for kadmiumstenger, som ga regulering av reaksjonen og dens nødstopp, og en rekke horisontale kanaler ulike former og størrelser for instrumentering og eksperimentelle formål. Totalt antall lag med grafittstenger utgjorde sekstito.

I 1947, ved denne reaktoren var det mulig å oppnå de første dosene av plutonium, som ikke forekommer i naturen, som i likhet med uran er et kjernebrensel, og i tilstrekkelige mengder til å studere de grunnleggende fysiske egenskaper dens kjerne. Den første industrielle reaktoren i USSR for å produsere plutonium ble lansert av Kurchatov i juni 1948.

På midten av 40-tallet av det tjuende århundre fikk Los Alamos Scientific Laboratory (USA) i oppgave å lage en eksperimentell hurtigreaktor med plutoniumbrensel, som demonstrerte muligheten for å produsere elektrisitet. Denne reaktoren, kalt Clementine, hadde et kjernevolum på 2,5 liter plutoniummetall og ble avkjølt med kvikksølv. Montering av reaktoren begynte i 1946, kritikalitet ble oppnådd i november 1946. Kraftoppstarten fant sted i mars 1949. Reaktoren opererte med en effekt på 25 kW (th).

Som en del av Manhattan-prosjektet (en hemmelig plan for å lage Amerikansk bombe) alt arbeid med å separere uranisotoper ble betrodd laboratoriet til den berømte amerikanske fysikeren E. Lawrence. I sin rapport til den amerikanske regjeringen i juli 1941, skrev Lawrence: «En ny og ekstremt viktig mulighet har åpnet seg for utnyttelse av kjedereaksjonen med useparerte isotoper [av uran]. Tilsynelatende, hvis en kjedereaksjon kunne oppnås, kunne den utføres... for en periode spesifikt for å produsere grunnstoffet atomnummer 94 [plutonium]... Hvis tilgjengelig... store mengder dette elementet, ville det sannsynligvis være mulig å utføre en kjedereaksjon ved bruk av raske nøytroner. I en slik reaksjon vil energi frigjøres med eksplosiv hastighet, og det tilsvarende systemet kan karakteriseres ... som en "superbombe."

Clementine-reaktoren var den første raske nøytronreaktoren og også den første som brukte plutonium-239 som drivstoff. Den aktive sonen i form av en sylinder med en høyde på 15 cm og en diameter på 15 cm besto av vertikale drivstoffstaver i et stålskall. Naturligvis var det ingen moderator. Metalluran og stål fungerte som reflektor. Kvikksølvkjølevæsken hadde et ubetydelig tverrsnitt for å fange langsomme nøytroner. Reaktoren ble kontrollert av stenger som fjernet noe av uranet fra reflektoren, siden bor eller kadmium som brukes i termiske reaktorer ikke er egnet for hurtigreaktorer.

Ved Argonne National Laboratory (USA), uavhengig av de beskrevne studiene, ble det arbeidet med å lage en eksperimentell rask nøytronavlerreaktor EBR-1. Hovedmålet Dette prosjektet var en test av konseptet med et kjernekraftverk med en hurtigoppdretterreaktor som kraftenhet. Byggingen av reaktoren begynte i 1951, og kritikalitet ble oppnådd i august 1951. I desember 1951, for første gang ved bruk av kjernekraft, elektrisitet med en reaktoreffekt på 200 kW(e). Reaktorbrenselelementene var rustfrie stålrør som inneholdt høyt anriket uranmetall. Kjernen ble avkjølt ved å pumpe en legering av natrium og kalium gjennom den (fig. 17.3). Reflektoren besto av to deler: flere stenger av naturlig uranmetall som omgir kjernen, og flere kileformede blokker av samme materiale. Reaktoren ble kontrollert ved å introdusere uranmetallstaver inn og ut av den eksterne reflektoren.

Reaktoren genererte samtidig energien som ble frigjort under fisjon under påvirkning av raske nøytroner og reproduserte det spaltbare materialet. Strengt tatt må en foredlingsreaktor bruke samme spaltbare materiale som den produserer, for eksempel plutonium-239 i reaktorer med uran-238 som råstoff for produksjon av sekundært brenselmateriale (plutonium). Imidlertid brukes uran-235 nå som det spaltbare materialet i mange raske nøytronreaktorer. I raske nøytronreaktorer bør ikke kjølevæsken inneholde elementer med lavt massetall, siden de vil bremse ned nøytronene. Intensiv varmefjerning fra en liten kjerne krever en kjølevæske med eksepsjonelt høye varmefjernende egenskaper.

Bare ett stoff - flytende natrium - tilfredsstiller disse betingelsene.

Analyse av brenselmaterialene til EBR-1-reaktorreflektoren etter driften i noen tid viste at den oppnådde avlsfaktoren, dvs. forholdet mellom mengden plutonium-239 produsert og mengden uran-235 som forbrukes er litt høyere enn 100%. Siden forholdene i reaktoren ikke var ideelle, ble det vurdert at avl av plutonium-239 skulle være praktisk talt lønnsomt. Dette ble bekreftet i Storbritannia ved eksperimenter på en rask nøytronreaktor med svært lav effekt (2 W), der plutonium-239 fungerte som drivstoff. Det ble funnet at for hver plutoniumkjerne som splittes, ble omtrent to nydannet. Dermed er gevinsten under reproduksjon ganske betydelig. Til syvende og sist bør slike reaktorer tilhøre hovedrollen i kjernekraftutviklingsprogrammet.

Atomreaktorer har én jobb: å splitte atomer i en kontrollert reaksjon og bruke den frigjorte energien til å generere elektrisk strøm. I mange år har reaktorer blitt sett på som både et mirakel og en trussel.

Da den første kommersielle amerikanske reaktoren kom på nett i Shippingport, Pennsylvania, i 1956, ble teknologien hyllet som fremtidens energikilde, og noen mente at reaktorene ville gjøre produksjon av elektrisitet for billig. For tiden er det bygget 442 over hele verden. kjernereaktor, er omtrent en fjerdedel av disse reaktorene i USA. Verden har blitt avhengig av atomreaktorer, og produserer 14 prosent av elektrisiteten. Futurister fantaserte til og med om atombiler.

Da Unit 2-reaktoren ved Three Mile Island Power Plant i Pennsylvania opplevde en kjølesystemsvikt og delvis nedsmelting av det radioaktive drivstoffet i 1979, endret de varme følelsene om reaktorer seg radikalt. Selv om den ødelagte reaktoren var innesluttet og ingen alvorlig stråling ble sendt ut, begynte mange å se på reaktorer som for komplekse og sårbare, med potensielle katastrofale konsekvenser. Folk var også bekymret radioaktivt avfall fra reaktorer. Som et resultat har byggingen av nye atomkraftverk i USA stoppet opp. Da det skjedde en mer alvorlig ulykke Tsjernobyl atomkraftverk i Sovjetunionen i 1986 virket atomkraft dødsdømt.

Men på begynnelsen av 2000-tallet begynte atomreaktorer å gjøre et comeback, takket være økende energibehov og synkende forsyninger av fossilt brensel, samt økende bekymring for klimaendringer som følge av karbondioksidutslipp.

Men i mars 2011 inntraff en ny krise - denne gangen ble Fukushima 1-atomkraftverket i Japan hardt skadet av et jordskjelv.

Bruk av kjernefysisk reaksjon

Enkelt sagt deler en atomreaktor atomer og frigjør energien som holder delene sammen.

Hvis du har glemt fysikk videregående skole, vil vi minne deg på hvordan atomfisjon virker. Atomer er som små solsystemer, med en kjerne som Solen og elektroner som planeter i bane rundt den. Kjernen består av partikler kalt protoner og nøytroner, som er bundet sammen. Kraften som binder elementene i kjernen er vanskelig å forestille seg. Den er mange milliarder ganger sterkere enn tyngdekraften. Til tross for denne enorme kraften er det mulig å splitte en kjerne – ved å skyte nøytroner mot den. Når dette er gjort, vil mye energi frigjøres. Når atomer forfaller, krasjer partiklene deres inn i nærliggende atomer og splitter dem, og de er i sin tur neste, og neste, og neste. Det er en såkalt kjedereaksjon.

Uran, et grunnstoff med store atomer, er ideelt for fisjonsprosessen fordi kraften som binder partiklene til kjernen er relativt svak sammenlignet med andre grunnstoffer. Atomreaktorer bruker en spesifikk isotop kalt Uløp-235 . Uran-235 er sjelden i naturen, med malm fra urangruver som inneholder bare rundt 0,7 % uran-235. Dette er grunnen til at reaktorer brukes beriketUsår, som skapes ved å separere og konsentrere Uranium-235 gjennom en gassdiffusjonsprosess.

En kjedereaksjonsprosess kan opprettes i atombombe, lik de som ble sluppet over de japanske byene Hiroshima og Nagasaki under andre verdenskrig. Men i en atomreaktor styres kjedereaksjonen ved å sette inn kontrollstaver laget av materialer som kadmium, hafnium eller bor som absorberer noen av nøytronene. Dette lar fortsatt fisjonsprosessen frigjøre nok energi til å varme opp vannet til omtrent 270 grader celsius og gjøre det om til damp, som brukes til å spinne kraftverkets turbiner og generere elektrisitet. I utgangspunktet, i dette tilfellet, fungerer en kontrollert atombombe i stedet for kull for å lage elektrisitet, bortsett fra at energien til å koke vannet kommer fra spaltning av atomer i stedet for å brenne karbon.

Atomreaktorkomponenter

Det er noen få forskjellige typer atomreaktorer, men de har alle noen Generelle egenskaper. De har alle en tilførsel av radioaktive brenselpellets - vanligvis uranoksid - som er anordnet i rør for å danne brenselstaver i aktive sonerereaktor.

Reaktoren har også det tidligere nevnte ledereestangOg- laget av et nøytronabsorberende materiale som kadmium, hafnium eller bor, som settes inn for å kontrollere eller stoppe en reaksjon.

Reaktoren har også moderator, et stoff som bremser nøytroner og hjelper til med å kontrollere fisjonsprosessen. De fleste reaktorer i USA bruker vanlig vann, men reaktorer i andre land bruker noen ganger grafitt, eller tungwowvannpå, der hydrogen er erstattet av deuterium, en isotop av hydrogen med ett proton og ett nøytron. En annen viktig del av systemet er kjølingog jegvæskeb, som oftest, vanlig vann, som absorberer og overfører varme fra reaktoren for å lage damp for å snurre turbinen og avkjøler reaktorområdet slik at det ikke når temperaturen som uranet vil smelte ved (ca. 3815 grader Celsius).

Til slutt er reaktoren innelukket skjellpå, en stor, tung struktur, vanligvis flere meter tykk, laget av stål og betong som holder radioaktive gasser og væsker inne der de ikke kan skade noen.

Det er et antall ulike design reaktorer i bruk, men en av de vanligste er trykkvannskraftreaktor (VVER). I en slik reaktor tvinges vann i kontakt med kjernen og forblir der under et slikt trykk at det ikke kan bli til damp. Dette vannet kommer så i kontakt med vann uten trykk i dampgeneratoren, som blir til damp, som roterer turbinene. Det er også et design høyeffekts kanaltype reaktor (RBMK) med en vannkrets og rask nøytronreaktor med to natrium- og en vannkretser.

Hvor sikker er en atomreaktor?

Å svare på dette spørsmålet er ganske vanskelig og avhenger av hvem du spør og hvordan du definerer "trygt". Er du bekymret for stråling eller radioaktivt avfall som genereres i reaktorer? Eller er du mer bekymret for muligheten for en katastrofal ulykke? Hvilken grad av risiko anser du som en akseptabel avveining for fordelene ved atomkraft? Og i hvilken grad stoler du på regjeringen og kjernekraft?

"Stråling" er et sterkt argument, hovedsakelig fordi vi alle vet at store doser stråling, for eksempel fra en eksplosjon atombombe, kan drepe mange tusen mennesker.

Tilhengere av atomkraft påpeker imidlertid at vi alle jevnlig blir utsatt for stråling fra en rekke kilder, bl.a. kosmiske stråler og naturlig stråling som sendes ut av jorden. Den gjennomsnittlige årlige stråledose er omtrent 6,2 millisievert (mSv), halvparten av den fra naturlige kilder, og halvparten fra kunstige kilder, alt fra røntgen av thorax, røykvarslere og lysende urskiver. Hvor mye stråling får vi fra atomreaktorer? Bare en liten brøkdel av en prosent av vår typiske årlige eksponering er 0,0001 mSv.

Mens alle atomkraftverk uunngåelig lekker liten mengde stråling holder reguleringskommisjoner operatører av kjernekraftverk til strenge krav. De kan ikke utsette mennesker som bor rundt anlegget for mer enn 1 mSv stråling per år, og arbeidere ved anlegget har en terskel på 50 mSv per år. Det kan virke som mye, men ifølge Nuclear Regulatory Commission er det ingen medisinske bevis for at årlige stråledoser under 100 mSv utgjør noen risiko for menneskers helse.

Men det er viktig å merke seg at ikke alle er enige i denne selvtilfredse vurderingen av strålingsrisiko. For eksempel studerte Physicians for Social Responsibility, en mangeårig kritiker av atomindustrien, barn som bodde rundt tyske atomkraftverk. Studien fant at mennesker som bor innenfor 5 km fra planter hadde dobbelt så stor risiko for å få leukemi sammenlignet med de som bor lenger fra atomkraftverk.

Avfall fra atomreaktorer

Atomkraft blir av sine talsmenn omtalt som «ren» energi fordi reaktoren ikke slipper ut store mengder klimagasser til atmosfæren sammenlignet med kullkraftverk. Men kritikere peker på noe annet miljøproblem— resirkulering atomavfall. Noe av det brukte brenselet fra reaktorene avgir fortsatt radioaktivitet. Annet unødvendig materiale som bør spares er radioaktivt avfall høy level , en flytende rest fra reprosessering av brukt brensel, der noe av uranet forblir. Akkurat nå lagres det meste av dette avfallet lokalt kl atomkraftverk i dammer med vann som absorberer noe av den gjenværende varmen produsert av det brukte brenselet og bidrar til å beskytte arbeidere mot strålingseksponering

Et av problemene med brukt kjernebrensel er at den har blitt endret av fisjonsprosessen Når store uranatomer deles, skaper de biprodukter – radioaktive isotoper av flere lette grunnstoffer som Cesium-137 og Strontium-90, kalt. fisjonsprodukter. De er varme og veldig radioaktive, men til slutt, over en periode på 30 år, forfaller de til mindre farlige former. Denne perioden er kalt for dem Pperiodeohmhalvt liv. Andre radioaktive grunnstoffer vil ha forskjellig halveringstid. I tillegg fanger noen uranatomer også nøytroner, og danner tyngre grunnstoffer som Plutonium. Disse transuranelementene skaper ikke så mye varme eller penetrerende stråling som fisjonsprodukter, men de tar mye lengre tid å forfalle. Plutonium-239 har for eksempel en halveringstid på 24 000 år.

Disse radioaktiveAvfalls høy level fra reaktorer er farlige for mennesker og andre livsformer fordi de kan frigjøre enorme, dødelig dose stråling selv fra kort eksponering. Ti år etter å ha fjernet det gjenværende drivstoffet fra reaktoren, for eksempel, slipper de ut 200 ganger mer radioaktivitet i timen enn det ville tatt å drepe en person. Og om avfallet havner i grunnvann eller elver, de kan falle i næringskjede og sette et stort antall mennesker i fare.

Fordi avfall er så farlig, er mange mennesker i en vanskelig situasjon. 60.000 tonn avfall ligger ved atomkraftverk like ved store byer. Men å finne et trygt sted å lagre avfall er ikke lett.

Hva kan gå galt med en atomreaktor?

Med statlige regulatorer som ser tilbake på deres erfaring, har ingeniører brukt mye tid gjennom årene på å designe reaktorer for optimal sikkerhet. Det er bare det at de ikke går i stykker, fungerer som de skal, og har backup sikkerhetstiltak hvis noe ikke går etter planen. Som et resultat, år etter år, ser atomkraftverk ut til å være ganske trygge sammenlignet med for eksempel flyreiser, som regelmessig dreper mellom 500 og 1100 mennesker i året over hele verden.

Atomreaktorer lider imidlertid av store sammenbrudd. På International Nuclear Event Scale, som rangerer reaktorulykker fra 1 til 7, har det vært fem ulykker siden 1957 med rater fra 5 til 7.

Det verste marerittet er en feil i kjølesystemet, som fører til overoppheting av drivstoffet. Drivstoffet blir til væske og brenner deretter gjennom inneslutningen og spyr ut radioaktiv stråling. I 1979 var enhet 2 ved Three Mile Island kjernekraftverk (USA) på randen av dette scenariet. Heldigvis var et godt designet inneslutningssystem sterkt nok til å stoppe strålingen fra å slippe ut.

Sovjetunionen var mindre heldige. En alvorlig atomulykke skjedde i april 1986 ved den fjerde kraftenheten ved atomkraftverket i Tsjernobyl. Dette var forårsaket av en kombinasjon av systemfeil, designfeil og dårlig utdannet personell. Under en rutinetest ble reaksjonen plutselig intensivert og kontrollstengene satt seg fast, noe som forhindret en nødstans. Den plutselige oppbyggingen av damp forårsaket to termiske eksplosjoner, og kastet reaktorens grafittmoderator i luften. I mangel av noe for å avkjøle reaktorens drivstoffstaver, begynte de å overopphetes og kollapse fullstendig, som et resultat av at drivstoffet tok på seg en flytende form. Mange stasjonsarbeidere og ulykkeslikvidatorer døde. Et stort nummer av stråling spredt over et område på 323 749 kvadratkilometer. Antall dødsfall forårsaket av stråling er fortsatt uklart, men Verdensorganisasjon helsemyndigheter sier at det kan ha forårsaket 9000 kreftdødsfall.

Atomreaktorprodusenter gir garantier basert på sannsynlighetsvurderinge, der de prøver å balansere den potensielle skaden av en hendelse med sannsynligheten for at den faktisk inntreffer. Men noen kritikere sier at de i stedet bør forberede seg på sjeldne, uventede, men svært farlige hendelser. Et eksempel på dette er ulykken i mars 2011 ved atomkraftverket Fukushima 1 i Japan. Stasjonen ble angivelig designet for å tåle kraftig jordskjelv, men ikke så katastrofalt som jordskjelvet med en styrke på 9,0 som reiste en 14 meter lang tsunamibølge over diker designet for å motstå en bølge på 5,4 meter. Angrepet fra tsunamien ødela reservedieselgeneratorene som var ment å drive kjølesystemet til anleggets seks reaktorer i tilfelle strømbrudd. Så selv etter at Fukushima-reaktorenes kontrollstaver stoppet fisjon, tillot det fortsatt varme drivstoffet temperaturene. stige farlig inne i de ødelagte reaktorene.

Japanske tjenestemenn tyr til en siste utvei - oversvømmet reaktorene med enorme mengder sjøvann med tilsetning av borsyre, som var i stand til å forhindre en katastrofe, men ødela reaktorutstyret. Til slutt, ved hjelp av brannbiler og lektere, klarte japanerne å pumpe ferskvann inn i reaktorer. Men da hadde overvåking allerede vist alarmerende nivåer av stråling i omkringliggende land og vann. I en landsby 40 km fra anlegget ble det radioaktive grunnstoffet Cesium-137 funnet i mye høyere nivåer enn etter Tsjernobyl-katastrofen, noe som vekket tvil om muligheten for menneskelig bolig i området.