Reaktor jądrowy

"Ewa", pierwszy w Polsce doświadczalny reaktor jądrowy, uruchomiony w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku pod Warszawą (obecnie Instytut Energii Atomowej) dnia 14 czerwca 1958.

Jest to konstrukcja radziecka, typu WWR-S, o mocy cieplnej pierwotnie równej 2 MW, gdzie paliwem jest wzbogacony do 10% uran, moderatorem i chłodziwem natomiast zwykła woda. W 1963 i 1967 reaktor modernizowano, m.in. zwiększając wzbogacenie paliwa (dodając również układy zwiększające bezpieczeństwo eksploatacji), w wyniku czego jego moc cieplna wzrosła kolejno do 4 MW i 10 MW.

Strumień neutronów w reaktorze "Ewa" osiągał wartość 1014 n/cm2s. Reaktor ten był wykorzystywany do produkcji izotopów promieniotwórczych, corocznie pracując przez ok. 3500 godz. Obecnie reaktor Ewa jest wygaszany.


Reaktor jądrowy, reaktor atomowy, stos atomowy - urządzenie służące do wytwarzania kontrolowanej reakcji łańcuchowej, tj. ciągłego pozyskiwania energii z rozszczepiania jąder atomowych.

Stan kontrolowanej reakcji jądrowej podtrzymującej się samoczynnie na ustalonym poziomie nazywany jest stanem krytycznym. Jeśli intensywność reakcji narasta, to stan jest nadkrytyczny, gdy wygasa, to stan jest podkrytyczny.
Stan krytyczny uzyskuje się, gdy efektywny współczynnik mnożenia neutronów κ = 1, tzn. gdy strumień neutronów pochodzących z rozszczepienia jąder atomowych kompensuje straty neutronów wynikające z ich rozproszenia i pochłonięcia. Odchylenie stanu reaktora jądrowego od stanu krytycznego opisuje tzw. reaktywność ρ = (κ-1)/κ.

Reaktor jest sterowalny i bezpieczny, gdy ma małą, dodatnią reaktywność związaną z neutronami opóźnionymi. Typowy reaktor jądrowy zbudowany jest z rdzenia, reflektora neutronów oraz osłon biologicznych. Sam rdzeń zawiera pręty paliwowe, pręty regulacyjne, pręty bezpieczeństwa, moderator, kanały chłodzenia i kanały badawcze.

Podstawowym elementem reaktora jądrowego są pręty paliwowe, które zawierają paliwo jądrowe w formie fizykochemicznej i o stopniu wzbogacenia dostosowanym do konstrukcji reaktora jądrowego. Moderator wykonany jest z materiałów zawierających duże ilości atomów o małej liczbie porządkowej Z, skutecznie zmniejszających energię neutronów produkowanych w trakcie rozszczepiania.

Pręty regulujące i pręty bezpieczeństwa zbudowane są z substancji pochłaniających neutrony (np. bor, kadm), przy czym pręty regulacyjne służą do precyzyjnej zmiany strumienia neutronów, podczas gdy pręty bezpieczeństwa mają za zadanie całkowite przerwanie reakcji łańcuchowej w sytuacji awaryjnej - oba te rodzaje prętów wsuwa się i wysuwa z rdzenia w miarę potrzeby.

Przez kanały chłodzące przepompowywuje się chłodziwo tzw. pierwszego obiegu (typowym chłodziwem jest woda, stosuje się również powietrze, azot, ciekły sód itd.). Kanały badawcze służą do kontrolowania poziomu strumienia neutronów, wykonywania naświetlań itp.

SCHEMAT REAKTORA JĄDROWEGO
Ze względu na zastosowanie rozróżnia się:
1) reaktory jądrowe badawcze (o małej, tzw. zerowej mocy, wykorzystywane w badaniach naukowych jako silne źródła neutronów),

2) reaktory jądrowe produkcyjne (służące do wytwarzania sztucznych pierwiastków promieniotwórczych na drodze aktywacji, głównie do produkcji plutonu - szczególną klasę tych reaktorów stanowią tzw. reaktory jądrowe powielające, w których paliwo jądrowe w trakcie wypalania przekształca się w inny rodzaj paliwa jądrowego),

3) reaktory jądrowe energetyczne (wytwarzające energię cieplną przekształcaną w energię mechaniczną w napędach nuklearnych okrętów lub w energię elektryczną w energetyce jądrowej),

4) reaktory jądrowe doświadczalne (prototypy nowych rozwiązań technicznych stosowanych w reaktorach jądrowych).
Częstym kryterium klasyfikacji reaktorów jądrowych jest rodzaj zastosowanego moderatora i chłodziwa - istnieją zatem reaktory jądrowe wodno-wodne, ciężkowodno-wodne (ciężka woda), grafitowo-wodne, grafitowo-powietrzne, grafitowo-sodowe itp.
Innym rodzajem klasyfikacji reaktorów jądrowych jest podział ze względu na wykorzystywaną energię neutronów lub wielkość ich strumienia (cechy te określają rodzaj paliwa i wiele innych parametrów reaktora). Zgodnie z tym kryterium rozróżnia się:

1) reaktory jądrowe wysokostrumieniowe (o strumieniu neutronów przekraczającym 1014 cząstek/cm2s),

2) reaktory jądrowe prędkie (gdy reakcja rozszczepienia zachodzi dzięki neutronom prędkim),

3) reaktory jądrowe pośrednie (gdy stosuje się neutrony pośrednie),

4) reaktory jądrowe termiczne (wykorzystywane są neutrony termiczne),

5) reaktory jądrowe epitermiczne (reakcja zachodzi dzięki neutronom epitermicznym).
Pierwszy reaktor jądrowy zbudowano w ramach Manhattan Project (CP-1, E. Fermi), obecnie na świecie eksploatowanych jest ich kilka tysięcy, w większości są one reaktorami badawczymi. W Polsce istnieje jeden badawczy reaktor jądrowy w Świerku (Maria). W poprzednich latach istniały jeszcze dwa reaktory (Ewa i Agata), obecnie są one zlikwidowane.