Kui aatomit poolitav reaktor a tuumaenergia jaam töötab normaalselt, öeldakse, et see on "kriitilise tähtsusega" või "kriitilise tähtsusega". See on olulise elektri tootmise protsessi jaoks vajalik olek.
Mõiste "kriitilisus" kasutamine võib tunduda normaalsuse kirjeldamise viisina intuitiivne. Igapäevases kõnepruugis kirjeldab see sõna sageli olukordi, mis võivad põhjustada katastroofi.
Tuumaenergia kontekstis näitab kriitilisus, et reaktor töötab ohutult. Kriitilisusega on seotud kaks terminit – ülekriitilisus ja alakriitilisus, mis on mõlemad normaalsed ja olulised korraliku tuumaenergia tootmiseks.
Kriitilisus on tasakaalustatud seisund
Kasutatakse tuumareaktoreid uraan kütusevardad – pikad, peenikesed tsirkooniummetallist torud, mis sisaldavad lõhustuva materjali graanuleid, et tekitada lõhustumise teel energiat. Lõhustumine on uraani aatomite tuumade poolitamise protsess, mille käigus vabanevad neutronid, mis omakorda lõhustavad rohkem aatomeid, vabastades rohkem neutroneid.
Kriitilisus tähendab, et reaktor juhib püsivat lõhustumisahelreaktsiooni, kus iga lõhustumise korral eraldub piisav arv neutroneid, et säilitada pidev reaktsioonide seeria. See on tuumaenergia tootmise normaalne olukord.
Tuumareaktoris olevad kütusevardad toodavad ja kaotavad konstantse arvu neutroneid ning tuumaenergiasüsteem on stabiilne. Tuumaelektritehnikutel on paigas protseduurid, millest osa on automatiseeritud, juhuks, kui tekib olukord, kus tekib rohkem või vähem neutroneid ja neid kaob.
Lõhustumine toodab palju energiat väga kõrge soojuse ja kiirguse kujul. Seetõttu on reaktorid paigutatud konstruktsioonidesse, mis on suletud paksude metallist raudbetoonkuplite alla. Elektrijaamad kasutavad seda energiat ja soojust auru tootmiseks elektrit tootvate generaatorite käivitamiseks.
Kriitilisuse juhtimine
Kui reaktor käivitub, suurendatakse neutronite arvu aeglaselt ja kontrollitult. Neutronite tootmise kalibreerimiseks kasutatakse reaktori südamikus neutroneid neelavaid juhtvardaid. Juhtvardad on valmistatud neutroneid neelavatest elementidest, nagu kaadmium, boor või hafnium.
Mida sügavamale vardad reaktori südamikusse lastakse, seda rohkem neelavad vardad neutroneid ja seda vähem toimub lõhustumine. Tehnikud tõmbavad juhtvardad üles või alla reaktori südamikusse sõltuvalt sellest, kas soovitakse rohkem või vähem lõhustumist, neutronite tootmist ja võimsust.
Kui peaks ilmnema rike, saavad tehnikud juhtvardad kaugjuhtimisega reaktori südamikusse uputada, et neutronid kiiresti imada ja reaktori välja lülitada. tuumareaktsioon.
Mis on ülikriitilisus?
Käivitamisel viiakse tuumareaktor korraks olekusse, mis toodab rohkem neutroneid, kui läheb kaduma. Seda seisundit nimetatakse superkriitiliseks olekuks, mis võimaldab neutronite populatsioonil suureneda ja toota rohkem võimsust.
Soovitud elektritootmise saavutamisel reguleeritakse reaktorit kriitilisse olekusse, mis säilitab neutronite tasakaalu ja energiatootmise. Mõnikord, näiteks hooldusseiskamisel või tankimisel, asetatakse reaktorid alakriitilisesse olekusse, nii et neutronite ja elektrienergia tootmine väheneb.
Kaugel selle nimega vihjavast murettekitavast seisundist on kriitilisus järjepidevat ja ühtlast energiavoogu tootva tuumaelektrijaama jaoks soovitav ja vajalik seisund.