To nie jest tak katastrofalne, jak brzmi
Używanie terminu "krytyczność" może wydawać się sprzeczne z intuicją jako sposób na opisanie normalności. W codziennym żargonie słowo często opisuje sytuacje, w których może nastąpić katastrofa. Niemniej jednak w kontekście energii jądrowej "krytyczność" wskazuje, że reaktor działa bezpiecznie.
Krytyczność jest stanem zrównoważonym
Reaktory jądrowe wykorzystują pręty paliwowe z uranu - długie, smukłe, metalowe rdzenie z cyrkonu zawierające peletki z materiału rozszczepialnego - w celu wytworzenia energii poprzez rozszczepienie. Rozszczepienie jest procesem rozszczepiania jąder atomów uranu w celu uwolnienia neutronów, które z kolei dzielą więcej atomów, uwalniając więcej neutronów. Krytyczność oznacza, że reaktor kontroluje trwałą reakcję łańcuchową rozszczepienia, gdzie każde zdarzenie rozszczepienia uwalnia wystarczającą liczbę neutronów, aby utrzymać trwającą serię reakcji.
W zrównoważonym stanie krytyczności pręty paliwowe wewnątrz reaktora jądrowego wytwarzają i tracą stałą liczbę neutronów, a system energii jądrowej jest stabilny.
Rozszczepienie wytwarza dużo energii w postaci bardzo wysokiej temperatury i promieniowania. Dlatego reaktory są umieszczane w konstrukcjach zamkniętych pod grubymi kopułami z betonu zbrojonego metalem. Elektrownie wykorzystują tę energię i ciepło, aby wytworzyć parę, która napędza generatory wytwarzające energię elektryczną.
Kontrolowanie krytyczności
Gdy reaktor się uruchamia, liczba neutronów zwiększa się powoli w kontrolowany sposób. Absorbujące neutrony pręty kontrolne w rdzeniu reaktora służą do kalibracji produkcji neutronów. Pręty kontrolne są wykonane z elementów pochłaniających neutrony, takich jak kadm, bor lub hafn.
Im głębiej pręty są opuszczane do rdzenia reaktora, tym więcej neutronów absorbują pręty i tym mniej się rozszczepia. Technicy podciągają lub opuszczają pręty kontrolne do rdzenia reaktora w zależności od tego, czy pożądane jest więcej lub mniej rozszczepienia, produkcja neutronów i moc.
W przypadku wystąpienia usterki, technicy mogą zdalnie wtargnąć pręty kontrolne do rdzenia reaktora, aby szybko wchłonąć neutrony i wyłączyć reakcję jądrową .
Co to jest nadkrytyczność?
Podczas rozruchu reaktor jądrowy jest krótko wprowadzany w stan, w którym powstaje więcej neutronów niż jest traconych. Warunek ten nazywany jest stanem "nadkrytycznym", który pozwala populacji neutronów na zwiększenie i wytwarzanie większej mocy. Po osiągnięciu pożądanej produkcji energii, wprowadza się korekty, aby ustawić reaktor w stanie krytycznym, który podtrzymuje równowagę neutronów i produkcję energii. Czasami, na przykład podczas postoju remontowego lub tankowania, reaktory umieszcza się w stanie "podkrytycznym", aby zmniejszyć produkcję neutronów i mocy.
Daleki od niepokojącego stanu sugerowanego przez jego nazwę, krytyczność jest pożądanym i koniecznym stanem dla elektrowni jądrowej wytwarzającej stały i równomierny strumień energii.