Ključni za poneti
- Brzina neutrona: Temeljna razlika između toplinskih i brzih reaktora je razina energije neutrona koji uzrokuju fisiju. Toplinski reaktori koriste spore ili "toplinske" neutrone za održavanje nuklearne lančane reakcije, dok brzi reaktori koriste visokoenergetske ili "brze" neutrone.
- Gorivo i učinkovitost: Toplinski reaktori prvenstveno koriste uran-235 ili plutonij-239 kao gorivo, koji su fisioni s brzim i sporim neutronima. Međutim, brzi reaktori također mogu učinkovito iskoristiti uran-238, mnogo rasprostranjeniji izotop, a također mogu "uzgojiti" više goriva (plutonij-239) iz njega, što dovodi do boljeg iskorištenja goriva i manje otpada.
- Umjerenost i hlađenje: Toplinski reaktori zahtijevaju moderator, poput vode ili grafita, za usporavanje neutrona do toplinske energije, koji također djeluje kao rashladno sredstvo u mnogim dizajnima. Brzi reaktori, s druge strane, ne koriste moderator, jer je cilj održati brzinu neutrona. Umjesto toga, za hlađenje koriste tvari poput tekućeg natrija, olova ili rastaljene soli, koje ne usporavaju neutrone.
Što je toplinski reaktor?
Termalni reaktor je vrsta nuklearnog reaktora koji se oslanja na toplinske neutrone za održavanje lančane reakcije fisije. Ključna je komponenta nuklearnih elektrana i istraživačkih reaktora. Pojam "toplinski" odnosi se na činjenicu da su neutroni korišteni u procesu fisije usporeni ili umjereni na niže energije, što ih čini učinkovitijima u izazivanju fisije u određenim izotopima urana i plutonija.
Osnovno načelo toplinskog reaktora je kontrolirati brzinu nuklearne fisije korištenjem moderatorskog materijala, koji usporava brze neutrone proizvedene tijekom fisije. Najčešće korišteni moderator u toplinskim reaktorima je ili voda (lakovodni reaktori) ili grafit (reaktori s grafitom).
Što je brzi reaktor?
Brzi reaktor je vrsta nuklearnog reaktora koji koristi brze neutrone (neutrone s većom kinetičkom energijom) za održavanje lančane reakcije nuklearne fisije. Za razliku od toplinskih reaktora, koji se oslanjaju na termalizirane (usporene) neutrone, brzi reaktori koriste brze neutrone za fisiju određenih izotopa nuklearnog goriva, kao što su plutonij-239 i uran-233. Brzi reaktori dizajnirani su za učinkovito iskorištavanje nuklearnog goriva i proizvodnju manje radioaktivnog otpada u usporedbi s konvencionalnim toplinskim reaktorima.
Brzi reaktori imaju nekoliko prednosti, uključujući potencijal za povećanu učinkovitost goriva, smanjeni dugoročni radioaktivni otpad i mogućnost korištenja određenih nuklearnih goriva koja nisu praktična u toplinskim reaktorima. Međutim, brzi reaktori također predstavljaju tehničke izazove i sigurnosne probleme, kao što je rizik od brzog povećanja snage ("brzi kritični" događaji) i korozivna svojstva tekućih metalnih rashladnih sredstava.
Razlika između termalnog i brzog reaktora
- Energija neutrona: Glavna razlika između toplinskih i brzih reaktora leži u energiji neutrona koja se koristi za održavanje lančane reakcije nuklearne fisije. Toplinski reaktori koriste termalizirane (usporene) neutrone, dok brzi reaktori koriste brze neutrone (neutrone s većom kinetičkom energijom).
- Korištenje goriva: Toplinski reaktori koriste gorivo obogaćeno uranom; neki koriste miješano oksidno (MOX) gorivo koje sadrži kombinaciju izotopa urana i plutonija. Brzi reaktori, s druge strane, mogu koristiti širi raspon vrsta goriva, uključujući plutonij-239 i uran-233, te imaju potencijal za postizanje veće učinkovitosti goriva i stvaranje manje dugotrajnog radioaktivnog otpada.
- Umjerenost neutrona: U termalnim reaktorima, moderator (npr. voda ili grafit) koristi se za usporavanje neutrona, što povećava vjerojatnost fisije u određenim izotopima. Brzi reaktori rade bez moderatora ili koriste minimalno moderiranje, oslanjajući se na brze neutrone za reakcije fisije.
- Sposobnost razmnožavanja: Brzi reaktori imaju potencijal da budu "rasplođivači", što znači da mogu proizvesti više fisibilnog materijala nego što potroše tijekom rada. Pretvaranjem nefisijskih izotopa (npr. urana-238) u fisijske izotope, kao što je plutonij-239, brzi reaktori mogu generirati dodatno nuklearno gorivo uz proizvodnju energije. Toplinski reaktori nemaju značajne mogućnosti razmnožavanja.
- Rashladno sredstvo: Toplinski reaktori koriste vodu kao rashladno sredstvo, a ponekad i kao moderator. Nasuprot tome, brzi reaktori koriste tekuća metalna sredstva za hlađenje, poput natrija ili olova, koja imaju dobra svojstva prijenosa topline i mogu učinkovito ukloniti toplinu iz jezgre reaktora.
Usporedba između termalnog i brzog reaktora
| Parametri usporedbe | Toplinski reaktor | Brzi reaktor |
|---|---|---|
| Neutronska energija | Termalizirani (usporeni) neutroni | Brzi neutroni (više energije) |
| Vrste goriva | Obogaćeni uran, MOX gorivo | Plutonij-239, uran-233 i više |
| Efikasnost goriva | Umjerena učinkovitost goriva | Veća učinkovitost goriva (potencijalni oplodnjak) |
| Rashladni sustav | Vodeno rashladno sredstvo | Rashladno sredstvo od tekućeg metala (npr. natrij, olovo) |
| Nuklearni otpad | Proizvodi dugotrajni radioaktivni otpad | Može smanjiti dugotrajni otpad (potencijalni rasplođivač) |
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002954930900346X
- https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/NT88-129
Zadnje ažuriranje: 18. kolovoza 2023
Uložio sam mnogo truda u pisanje ovog posta na blogu kako bih vam pružio vrijednost. Bit će mi od velike pomoći ako razmislite o tome da to podijelite na društvenim medijima ili sa svojim prijateljima/obitelji. DIJELJENJE JE ♥️
Piyush Yadav proveo je posljednjih 25 godina radeći kao fizičar u lokalnoj zajednici. On je fizičar koji strastveno želi učiniti znanost dostupnijom našim čitateljima. Posjeduje diplomu prirodnih znanosti i poslijediplomski studij znanosti o okolišu. Više o njemu možete pročitati na njegovom bio stranica.
