Nuklearni reaktori

 
UVOD

Sama ideja za nuklearne reaktore nije došla tako lako već je trebalo proći mnogo godina. Pre svega u proučavanju atoma, jezgara, radioaktivnosti itd. Da bi se kasnije izvelo prvo dokazano cepanje jezgra teških elemenata i nešto kasnije napravljen je generator prve generacije, na tom principu.
Nuklearni reaktor je postrojenje u kome se odvija kontrolisana nuklearna reakcija. Nuklearni reaktori imaju mnogo primena. Jedna od najvažnijih je, naravno, proizvodnja električne energije. Pored njih, postoje i reaktori za istraživanja. NJihova osnovna funkcija je:
1. proizvodnja radioizotopa (u industrijske i medicinske svrhe),
2. oslobađanje neutrona iz centra reaktora (za eksperimente),
3. u cilju obrazovanja i podučavanja budućih nuklearnih fizičara.
Trenutno, svi nuklearni reaktori sveta su bazirani na fisionoj reakciji i smatraju se relativno bezbednim proizvođačem električne energije sa minimalnim kratkoročnim zagađenjem životne sredine. Među ekološkim krugovima, pak, postoji izvesna zabrinutost vezana za nuklearni otpad.
Podela nuklearnih reaktora u elektranama je izvršena na osnovu goriva koje se koristi, moderatora, hlađenja itd. Podrazumeva se da se u dole navedenim reaktorima odvija fisiona lančana reakcija, s obzirom da fuzioni reaktori još uvek nisu dovoljno istraženo područje, a još manje komercijalizovano.
1. PUT DO NUKLEARNIH REAKTORA

Da bi se shatio princip rada nuklearnih reaktora i šta se sve odvija u njemu, potrebno je upoznati se sa dobijanjem nuklearnih reakcija tj. nuklearne energije.
1.1.Evolucioni put razvoja nuklearnih reaktora

Do same ideje za nuklearne reaktore trebalo je proći mnogo godina. Pre svega u proučavanju atoma, jezgara, radioaktivnosti itd. Učestvovali su mnogi naučnici. Henri Bakerel (1905) pri proučavanju uranovih soli slučajno otkriva radioaktivno svojstvo urana. Albert Enštajn (1913)otkriva da su energija i materija jednako vredne. U određenim količinama masa može postati energija, a energija masa. Nils Bohr (1919)objašnjava elektromagnetsko zračenje kao posledicu gibanja čestica Bohr se sve vreme zauzimao za upotrebu atomske energije u mirnodopske svrhe. Ernest Rutheford (1939) utemeljuje znanost o radioaktivnosti i cepanju atoma. Razvijao je teorijske koncepcije i terminologiju – proton, alfa-čestice i neutron njegovi su izrazi. Otto Hahn (1942) u NJemačkoj.

Nuklearnu energiju je otkrio frncuski fizičar Henri Beckverel 1896 godine kada je otkrio da su fotografske ploče u čijoj blizini je stajao komad uranijuma potamnele slično kao i rengenske ploče koje su tih godina i izmišljene.[2]
Nuklearna energija je energija koja se oslobađa iz atomskog jezgra. Kontrolisane nuklearne reakcije u kojima se oslobađa nuklearna energija koriste se u reaktorima za dobijanje električne energije. U nuklearnoj lančanoj reakciji se proizvodi energija koja se koristi za grejanje vode kako bi se proizvela para koja kasnije pokreće parnu turbinu. Turbina se može koristiti za mehanički rad kao i za proizvodnju električne energije. Danas, najveći proizvođači električne energije su Litvanija (oko 80%), Francuska (78%) i Belgija (60%). Razvoj nuklearnih reaktora uzdrmale su dve velike nesreće – havarija u Černobilju (1986. godine) i jedna manja nesreća u Americi (Elektrana Ostrvo tri milje) 1979. godine. Opšta neprihvaćenost nuklearne energije poslednjih godina 20. veka proizilazi iz straha prema mogućim nuklearnim katastrofama, straha od radijacije i proizvodnje nuklearnog otpada. Švedska, Italija i Nemačka, pod uticajem havarije u Černobilju, na referendumu su odlučili da će prestati sa korišćenjem nuklearne energije zauvek.[3]

Godine 1939, posle dugih i napornih istraživanja ustanovljeno je da se jezgra urana bombardovanjem neutronima mogu deliti na dva parčeta za koje je ustanovljeno da su elementi negde iz sredine Periodnog sistema elemenata. Ta pojava se naziva nuklearna fisija ili fisija atomskog jezgra. Glavna dva uranova izotopa su 238U i 235U. 238U predstavlja 99.27% prirodnog urana, a 235U oko 0.72%. Uran se može cepati neutronima niske i visoke energije. Ova kategorizacija se odosi na kinetičke energije neutrona. Brzi neutroni imaju visoke energije, dok spori neutroni niske energije imaju brzine koje odgovaraju brzinama termičkog kretanja molekula, pa se nazivaju i termički neutroniNuklearna fisija proizvodi snagu za nuklearnu energiju i pokreće eksploziju nuklearnih oružja. Nuklearna goriva prolaze kroz fisiju kod sudara sa slobodnim neutronima a za uzvrat stvaraju neutrone kad se razdvoje. To omogućava samoodržavajuću lančanu reakciju koja oslobađa energiju kontrolisano u nuklearnom reaktoru ili vrlo brzo i nekontrolisano kod nuklearnih oružja.Količina nuklearne energije sadržane u nuklearnom gorivu je milion puta veća od količine slobodne energije sadržane u sličnoj količini hemijskog goriva kao što je benzin, što čini nuklearnu fisiju vrlo primamljivim izvorom energije. .[1]
Loša strana toga je što su proizvodi nuklearne fisije radioaktivni i ostaju takvi dugo vremena čime se povećava problem nukleanog otpada. Zabrinutost oko skupljanja nuklearnog otpada i oko eksplozivnog potencijala nuklearnih oružja je možda veća od poželjnih kvaliteta fisije kao izvora energije, te se oko toga vode velike političke debate.[4]
Teška jezgra se u procesu fisije cepaju na dva lakša fragmenta čiji su odnosi masa 3:2 te se nalaze u sredini periodnog sistema. Energija oslobođena fisijom samo jednog uranovog jezgra iznosi oko 200 MeV-a. Oslobađanje energije je posledica razlike između energije vezivanja po nukleonu jezgra koji se cepa i energije vezanja po nukleonu lakših elemenata koji nastaju fisijom. Protoni i neutroni su najteži kada su slobodni. Vezanjem u neko jezgro oni gube deo svoje mase. Razlika između mase slobodnog nukleona i njegove mase u jezgrz zove se defekt mase. Prilikom spajanja nukleona u jezgro deo njihove mase se pretvara u energiju, koja se oslobađa u trenutku formiranja jezgra. Oslobođena energija se naziva energijom vezanja jezgra ..[5]
Neutroni koji nastaju pri fisiji mogu pod izvesnim uslovima izazvati nove fisije.