Πώς ελέγχονται οι πυρηνικές αντιδράσεις σε έναν αντιδραστήρα;
1. Μετριοπάθεια νετρονίων:
* Τα νετρόνια από τη σχάση είναι πολύ ενεργητικά για να διατηρήσουν μια αλυσιδωτή αντίδραση. Πρέπει να επιβραδυνθούν σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο ενέργειας.
* Συντονιστές: Αυτά είναι υλικά όπως το νερό (σε αντιδραστήρες ελαφρού νερού) ή γραφίτη (σε ορισμένους αντιδραστήρες) που επιβραδύνουν αποτελεσματικά τα νετρόνια από συγκρούσεις.
2. Απορρόφηση νετρονίων:
* ράβδοι ελέγχου: Αυτά είναι κατασκευασμένα από υλικά απορρόφησης νετρονίων όπως το βόριο ή το κάδμιο. Με την εισαγωγή αυτών των ράβδων στον πυρήνα του αντιδραστήρα, μπορείτε να απορροφήσετε τα νετρόνια, μειώνοντας το ρυθμό σχάσης και τον έλεγχο της εξόδου ισχύος.
* Άλλα απορροφητές: Ορισμένα από τα ίδια τα προϊόντα σχάσης είναι καλοί απορροφητές νετρονίων, τα οποία βοηθούν στη ρύθμιση της αντίδρασης.
3. Εμπλουτισμός καυσίμου:
* Φυσικό ουράνιο: Περιέχει μόνο το 0,7% των σχισίων ισοτόπων U-235.
* Εμπλουτισμός: Αυξάνει τη συγκέντρωση του U-235, καθιστώντας το καύσιμο πιο αντιδραστικό. Το επίπεδο εμπλουτισμού καθορίζει πόσο εύκολα μπορεί να διατηρηθεί η αλυσιδωτή αντίδραση.
4. Γεωμετρία του αντιδραστήρα:
* Σχήμα και μέγεθος: Ο σχεδιασμός του αντιδραστήρα επηρεάζει τη ροή νετρονίων και πόσο αποτελεσματικά μπορούν να προκαλέσουν περαιτέρω σχάση.
* Ανακλαστήρας: Ένα υλικό που περιβάλλει τον πυρήνα που αντικατοπτρίζει τα νετρόνια που διαφεύγουν πίσω στη ζώνη αντίδρασης, αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα.
5. Σύστημα ψύξης:
* Αφαίρεση θερμότητας: Η σχάση δημιουργεί τεράστια θερμότητα, η οποία πρέπει να αφαιρεθεί συνεχώς για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση.
* Ψυκτικό: Αυτό μπορεί να είναι νερό, βαρύ νερό ή άλλα υγρά που κυκλοφορούν μέσω του πυρήνα, απορροφώντας θερμότητα και μεταφέροντας το σε εναλλάκτη θερμότητας.
Πώς λειτουργούν όλα μαζί:
1. Ξεκινώντας την αλυσιδωτή αντίδραση: Ένα νετρόνιο χτυπά ένα άτομο U-235, προκαλώντας σχάση και απελευθέρωση περισσότερων νετρονίων.
2. Μετρητής των νετρονίων: Ο συντονιστής επιβραδύνει αυτά τα νετρόνια σε επίπεδο ενέργειας κατάλληλο για περαιτέρω σχάση.
3. Έλεγχος της αντίδρασης: Οι ράβδοι ελέγχου απορροφούν μερικά νετρόνια, εμποδίζοντας μια ανεξέλεγκτη αλυσιδωτή αντίδραση.
4. Διατήρηση της αντίδρασης: Τα υπόλοιπα νετρόνια προκαλούν περαιτέρω συμβάντα σχάσης, διατηρώντας την αντίδραση με ελεγχόμενο ρυθμό.
5. Ψύξη: Το σύστημα ψύξης αφαιρεί τη θερμότητα που παράγεται από τη διαδικασία σχάσης.
Μηχανισμοί ασφαλείας:
* Σύστημα SCRAM: Αυτό το σύστημα εισάγει γρήγορα όλες τις ράβδους ελέγχου στον πυρήνα, σταματώντας την αλυσιδωτή αντίδραση σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.
* Κτίριο συγκράτησης: Μια ισχυρή δομή που εμποδίζει την απελευθέρωση ραδιενεργών υλικών σε περίπτωση ατυχήματος.
* Συστήματα δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας: Πολλαπλά περιττά συστήματα εξασφαλίζουν ότι ο αντιδραστήρας παραμένει υπό έλεγχο ακόμη και σε περίπτωση αποτυχιών.
Συνοπτικά: Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες βασίζονται σε έναν εξελιγμένο συνδυασμό μετριοπάθειας νετρονίων, ράβδων ελέγχου, εμπλουτισμού καυσίμων, γεωμετρίας αντιδραστήρα και συστήματα ψύξης για τη διαχείριση της πυρηνικής αλυσίδας και παράγουν ενέργεια με ασφάλεια και αποτελεσματική ενέργεια.
