Reactorul nuclear

Un reactor nuclear este o instalaie tehnologic n care are loc o reacie de fisiune nuclear n lan n condiii controlate, astfel nct s poat fi valorificat cldura generat sau utilizate fascicolele de neutroni .

Reactoarele nucleare au trei tipuri de aplicaii: producerea de energie electric sau de cldur, propulsia naval (n special pentru scopuri militare), activiti tiinifice sau pentru producerea de radioizotopi destinai utilizrilor civile (medicin, industrie, cercetare), sau militare (arme nucleare).

Reactoarele nucleare de fisiune, indiferent de destinaia lor, au urmtoarele elemente comune:

1. Combustibilul nuclear. Aproape toate reactoarele nucleare utilizeaz uraniul drept combustibil.

2.Moderatorul este necesar pentru ncetinirea neutronilor rezultai din fisiune pentru a le crete eficiena de producere a unor noi reacii de fisiune. Ca moderatori se utilizeaz apa obinuit, apa grea sau grafitul.

3.Agentul de rcire Pentru a menine temperature combustibilului n limite tehnic acceptabile cldura eliberat prin fisiune sau prin dezintegrarea radioactiv trebuie extras din reactor cu ajutorul unui agent de rcire (apa obinuit, apa grea, dioxid de carbon, heliu, metale topite, etc). Cldura preluat i transferat de agentul de rcire poate alimenta o turbin pentru a genera electricitate.

4.Barele de control sunt realizate din material ce absorb neutronii precum: borul, argintul, indiul, cadmiul si hafniul. Ele sunt introduse n reactor pentru a reduce numrul de neutroni i a opri reacia de fisiune cnd este necesar, sau pentru a regla nivelul i distribuia spaial a puterii din reactor.

5.Alte componente:Unele reactoare au zona activ nvelit cu un reflector care are scopul de a returna neutronii ce prsesc reactorul i a maximiza utilizarea lor eficient.Pentru reducerea nivelului radiaiilor produse prin fisiune, zona activ este nconjurat de ecrane groase ce absorb radiaiile: beton, ap obinuit, plumb, etc. Controlul i reglarea funcionrii reactorului se realizeaz cu ajutorul a numeroase instrumente i sisteme de suport logistic care monitorizeaz temperatura, presiunea, nivelul de radiaie, nivelul de putere i ali parametri. Un reactor nuclear de fuziune nclzete combustibilul compus din Deuteriu i Tritiu pn acesta se transform n plasm foarte fierbinte n care are loc reacia de fuziune. n exteriorul camerei n care se formeaz plasma se afl o manta din Litiu care absoarbe neutronii energetici din fuziune pentru a produce combustibilul Tritiu. n manta neutronii produc i cldur care este evacuat cu o bucl de rcire cu ap i transferat unui schimbtor de cldur pentru a produce abur. Aburul acioneaz o turbin producnd electricitate.

Reactoarele nucleare se pot clasifica n funcie de tipul de reacie nuclear folosit, de materialele folosite la construcia instalaiei, de utilizarea energiei produse i de stadiul de dezvoltare a tehnologiei.

Funcionarea reactorului nuclear se bazeaz pe reacia de fisiune indus de neutroni prin care se elibereaz energie, iar procesul poate fi controlat prin controlul numrului de neutroni disponibili. U235 + n 2 fragmente de fisiune + 2 sau 3 neutroni + , + energieDeoarece neutronii eliberai prin fisiune pot induce alte fisiuni apare posibilitatea perpeturii reaciei . n condiii optime reacia de fisiune se menine la nivel constant i avem o reacie n lan controlat.

Neutronii expulzai prin fisiune au o energie cinetic ce corespunde unei viteze de circa 13 800 km/s . Pentru a produce fisiunea uraniului 235neutronii trebuie s aib energii mult mai mici, adic s fie n echilibru termic cu mediul nconjurtor . Neutronii rapizi sunt ncetinii prin ciocnirea cu atomii moderatorului. Hidrogenul cu mas egal cu cea a neutronului ar prea cel mai bun moderator dar el poate absoarbe uor neutronii scznd numrul lor. Deuteriul are avantajul c absoarbe mai puini neutroni realiznd mai uor perpetuarea reaciei n lan.

n reactor numrul de neutroni este rezultatul competiiei dintre procesul de fisiune i a procesesele neproductive de absorbie n materialele reactorului sau de scurgere n afara reactorului.

Reactorul nuclear funcioneze deobicei n stare staionar (=0). Prin fisiune o parte din masa atomului fisionabil se transform n energie: -85% sub form de energie cinetic a fragmentelor de fisiune; - 15% ca energie cinetic a neutronilor i particolelor sau . Energia cinetic se transform n cldur care trebuie evacuat din combustibil cu ajutorul agentului de rcire. Fragmentele de fisiune sunt nuclee avnd masa egal cu circa jumtate din cea a uraniului care sunt instabile i se dezintegreaz radioactiv.Radioizotopii tipici rezultai din dezintegrarea fragmentelor de fisiune sunt Cs137 i Sr90.

Pe lng radioizotopii rezultai din fisiune n reactor are loc transmutarea U238 n Pu239 prin reacia:

U238 +n U239 Np239 + Pu239 + 2

Plutoniul 239 este un izotop fisionabil i contribuie la producerea de energie. Prin absorbii succesive de neutroni el se poate transfoema n Pu240 (nefisionabil) i n Pu241 (fisionabil). Timpul de njumtire al Pu239 este 24 000 ani.

Tritiul, un radioizotop foarte mobil poate fi generat prin fisiune (1/10 000) precum i prin absorbia unui neutron de ctre deuteriul din apa grea. Tritiul este un emitor beta de joas energie, radiaia sa nu ptrunde prin piele, dar atunci cnd este inhalat sau ingerat cu alimente sau ap prezint pericolul iradierii interne.

Producerea de electricitate folosind reactoarele nucleare, ca orice tehnologie complex, are asociate o serie de riscuri: riscul radiologic pentru personal i public, accidentele nucleare, poluarea radioactiv mediului i deeurile radioactive. Pentru ca riscurile s nu se materializeze, proiectarea i operarea reactorului nuclear utilizeaz conceptul de aprare n adncime prin care se prevd msuri de prevenire a defectelor i accidentelor, protecia lucrtorilor i a publicului mpotriva radiaiilor , gospodrirea n siguran a deeurilor radioactive, asigurarea securitii materialelor nucleare.

Reactorul nuclear genereaz patru fluxuri de substane radioactive care pot afecta mediul:combustibilul nuclear uzat ce conine majoritatea radioizotopilor generai prin fisiune ,deeurile miniere i cele de la rafinarea uraniului coninnd produii de dezintegrare ai uraniului,eliberarea de radionuclizi n timpul funcionrii ,eliberarea de mari cantiti de radioactivitate n timpul accidentelor.Bibliografie:

1.Nicolae Mihilescu - Elemente de teoria reactoarelor nucleare, Editura Bren ,2000

2.Alexandru Berinde Elemente de fizic i calculul reactorilor nuclear, Editura Tehnic, 1977

3.www.ro.wikipedia.org