بستری برای آزادسازی انرژی
رآکتورهای هسته‌ای محل واکنش‌های هسته‌ای هستند که با آب سنگین، اورانیوم غنی می‌کنند
رآکتورهای هسته‌ای دستگاهی برای انجام واکنش‌های هسته‌ای به‌صورت تنظیم‌شده و تحت کنترل هستند. در این رآکتورها آب سنگینی موجود است که نام شیمیایی آن D2o است و باعث غنی‌سازی اورانیوم می‌شود.
اولین رآکتور هسته‌ای دنیا
اولین انرژی کنترل‌شده ناشی از شکافت هسته‌ای در دسامبر۱۹۴۲ به‌دست آمد. در زمین اسکواش زیر جایگاه‌های استاگ فیلد در دانشگاه شیکاگو. نخستین رآکتور هسته‌ای جهان با نام مستعار «شیکاگو Pile-1» عصر اتمی را آغاز کرد و میراث پیچیده‌ای ازجمله ظهور انرژی هسته‌ای و سلاح‌های هسته‌ای را با خود همراه کرد. آن سال پروژه منهتن نیاز به ایجاد یک واکنش زنجیره‌ای داشت که گامی مهم برای اثبات امکان ساخت بمب اتمی بود. دانشمندان در 2دسامبر1942 در زمین اسکواش زیر غرفه استگ فیلد در دانشگاه شیکاگو به این واکنش هسته‌ای پایدار، نخستین واکنشی که توسط انسان ایجاد شد، دست یافتند.
کجا و چگونه؟
در داخل نیروگاه‌های هسته‌ای، رآکتورهای هسته‌ای و تجهیزات آنها واکنش‌های زنجیره‌ای را که معمولا توسط اورانیوم ۲۳۵ سوخت می‌شوند، برای تولید گرما از طریق شکافت، در خود دارند و کنترل می‌کنند. گرما، آب را به‌عنوان عامل خنک‌کننده رآکتور، برای تولید بخار گرم می‌کند. سپس بخار به‌سمت توربین‌های چرخشی هدایت می‌شود و یک ژنراتور الکتریکی را برای ایجاد الکتریسیته کم‌کربن فعال می‌کند.
زباله‌های هسته‌ای
بهره‌برداری از نیروگاه‌های هسته‌ای زباله‌هایی با سطوح مختلف رادیواکتیویته تولید می‌کند. اینها بسته به سطح رادیواکتیویته و هدفشان متفاوت مدیریت می‌شوند. نسل بعدی نیروگاه‌های هسته‌ای که رآکتورهای پیشرفته نوآورانه نیز نامیده می‌شوند، زباله‌های هسته‌ای بسیار کمتری نسبت به رآکتورهای امروزی تولید خواهند کرد. پیش‌بینی می‌شود که تا سال2030 آنها در دست ساخت باشند.
انرژی هسته‌ای و تغییرات آب و هوایی
انرژی هسته‌ای منبع انرژی کم کربن است، زیرا برخلاف نیروگاه‌های زغال‌سنگ، نفت یا گاز، نیروگاه‌های هسته‌ای عملا در طول کار خود CO2 تولید نمی‌کنند. رآکتورهای هسته‌ای نزدیک به یک‌سوم برق بدون کربن جهان را تولید می‌کنند و در دستیابی به اهداف تغییر آب و هوا بسیار مهم هستند.
رآکتورهای آب سنگین و آب سبک
رآکتورهای آب سبک با آب معمولی (آب سبک) کار می‌کنند. هیدروژن به‌عنوان آب معمولی از یک پروتون تشکیل شده‌است اما در هیدروژن آب سنگین یک پروتون و یک نوترون وجود دارد. برای رآکتورهای آب سبک به اورانیوم غنی‌شده نیاز است اما در رآکتور آب‌سنگین از اورانیوم معمولی استفاده می‌شود. به این ترتیب در عمل استفاده از رآکتور آب سنگین نتیجه‌ای شبیه به غنی‌سازی اورانیوم خواهد داشت.
چرخه سوخت هسته‌ای چیست؟
چرخه سوخت هسته‌ای یک فرآیند صنعتی است که شامل مراحل مختلفی برای تولید برق از اورانیوم در رآکتورهای انرژی هسته‌ای است. این چرخه با استخراج اورانیوم شروع می‌شود و با دفع زباله‌های هسته‌ای به پایان می‌رسد. سوخت‌های هسته‌ای مستقیما در داخل رآکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره به‌صورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. پوشش یا غلاف سوخت، کندکننده یا خنک‌کننده را از آن جدا می‌سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت‌کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند. همچنین این غلاف می‌تواند پشتیبان ساختاری سوخت‌بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای خواص خوب حرارتی و مکانیکی بوده و از نظر شیمیایی نسبت به برهم‌کنش با سوخت و مواد محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر هم‌کنش‌های هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.
انواع رآکتورها
رآکتورهای هسته‌ای براساس کاربردشان به 2گروه اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند. رآکتورهای قدرت و رآکتورهای تحقیقاتی. رآکتورهای قدرت مولد برق بوده و رآکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما انواع فرعی رآکتورهای هسته‌ای برحسب نوع فرآیند شکافت، به اقسام حرارتی، ربع و میانی (واسطه) و برحسب مصرف سوخت به رآکتورهای سوزاننده، مبدل و زاینده، و برحسب نوع سوخت به رآکتورهای اورانیوم طبیعی، رآکتورهای اورانیوم غنی شده با 235U (راکتور مخلوطی Be) و نیز برحسب خنک‌کننده به رآکتورهای گاز CO2 مایع (آب، فلز)، و برحسب فاز سوخت کندکننده‌ها به رآکتورهای همگن، ناهمگن و بالاخره برحسب کاربرد به رآکتورهای قدرت، تولید نوکلید و تحقیقاتی تقسیم می‌شوند.
