Wat is kriticiteit in een kerncentrale?

Wanneer de atoomsplitsingsreactor van een kerncentrale normaal werkt, wordt gezegd dat deze "kritiek" is of in een "kritieke toestand" verkeert. "

Het gebruik van de term" criticaliteit "lijkt misschien contra-intuïtief als een manier om normaliteit te beschrijven. In het dagelijkse taalgebruik beschrijft het woord vaak situaties met potentieel voor rampen. Niettemin, in de context van kernenergie, geeft "criticaliteit" aan dat een reactor veilig werkt.

Kriticiteit is een evenwichtige toestand

Kernreactoren gebruiken uraniumbrandstofstaven - lange, slanke, zirkoniummetaalbuizen die pellets van splijtbaar materiaal bevatten - om energie te creëren door kernsplijting. Fission is het proces waarbij de kernen van uraniumatomen worden gesplitst om neutronen vrij te maken die op hun beurt meer atomen splitsen en meer neutronen vrijgeven. Kritiek betekent dat een reactor een aanhoudende kettingreactie van kernsplijting onderdrukt, waarbij elke splijtingsgebeurtenis een voldoende aantal neutronen vrijgeeft om een ​​voortdurende reeks van reacties te handhaven.

In een uitgebalanceerde kritieke toestand produceren brandstofstaven in een kernreactor een constant aantal neutronen en verliezen ze deze en is het kernenergiesysteem stabiel.

Splijtstoffen produceren veel energie in de vorm van zeer hoge temperaturen en straling. Daarom zijn reactoren gehuisvest in constructies die zijn afgedicht onder dikke metalen gewapende betonnen domes. Energiecentrales gebruiken deze energie en warmte om stoom te produceren om generatoren aan te drijven die elektriciteit produceren.

Kriticaliteit controleren

Wanneer een reactor aan het opstarten is, wordt het aantal neutronen langzaam en gecontroleerd verhoogd. Neutronenabsorberende regelstaven in de reactorkern worden gebruikt om de neutronenproductie te kalibreren. De regelstaven zijn gemaakt van neutronenabsorberende elementen zoals cadmium, boor of hafnium.

Hoe dieper de staven in de reactorkern worden neergelaten, hoe meer neutronen de staven absorberen en hoe minder splitsing optreedt. Technici trekken de regelstaven omhoog of omlaag in de reactorkern, afhankelijk van of meer of minder splijting, neutronenproductie en energie gewenst zijn.

Als zich een storing voordoet, kunnen technici op afstand controlestaven in de reactorkern onderdompelen om snel neutronen op te nemen en de kernreactie uit te schakelen.

Wat is superkritiek?

Bij het opstarten wordt de kernreactor kort in een toestand gebracht die meer neutronen produceert dan verloren gaat. Deze toestand wordt "superkritische" toestand genoemd, waardoor de neutronenpopulatie kan toenemen en meer kracht kan worden geproduceerd. Wanneer de gewenste energieproductie is bereikt, worden aanpassingen aangebracht om de reactor in een kritieke toestand te brengen die neutronenbalans en energieproductie ondersteunt. Soms, zoals bij onderhoudssluitingen of bijtanken, worden reactoren in een "subkritische" toestand geplaatst, zodat de neutronen- en energieproductie afnemen.

Verre van de zorgwekkende staat die door de naam wordt gesuggereerd, is kriticiteit een wenselijke en noodzakelijke voorwaarde voor een kerncentrale die een consistente en gestage stroom van energie produceert.