Kai atomų skaidymo reaktorius a atominė energija gamykla veikia normaliai, sakoma, kad ji yra „kritinė“ arba „kritiškumo“ būsena. Tai būtina būsena procesui, kai gaminama esminė elektros energija.
Sąvokos „kritiškumas“ vartojimas gali atrodyti priešingas intuityvui kaip būdas apibūdinti normalumą. Kasdienėje kalboje šis žodis dažnai apibūdina situacijas, kuriose gali kilti nelaimė.
Branduolinės energijos kontekste kritiškumas rodo, kad reaktorius veikia saugiai. Yra du su kritiškumu susiję terminai – superkritiškumas ir subkritiškumas, kurie taip pat yra normalūs ir būtini tinkamai branduolinės energijos gamybai.
Kritiškumas yra subalansuota būsena
Naudojami branduoliniai reaktoriai uranas kuro strypai – ilgi, ploni, cirkonio metaliniai vamzdžiai, kuriuose yra daliosios medžiagos granulės, kurios dalijimosi metu sukuria energiją. Dalijimasis yra urano atomų branduolių padalijimo procesas, siekiant išlaisvinti neutronus, kurie savo ruožtu suskaido daugiau atomų, išlaisvindami daugiau neutronų.
Kritiškumas reiškia, kad reaktorius kontroliuoja nuolatinę dalijimosi grandininę reakciją, kai kiekvienas dalijimosi įvykis išskiria pakankamai neutronų, kad būtų palaikoma nuolatinė reakcijų serija. Tai normali branduolinės energijos gamybos būsena.
Kuro strypai branduolinio reaktoriaus viduje gamina ir praranda pastovų skaičių neutronų, o branduolinės energijos sistema yra stabili. Branduolinės energetikos technikai yra įdiegę procedūras, dalis jų yra automatizuotos, jei susiklosčius situacijai, kai susidaro ir prarandama daugiau ar mažiau neutronų.
Dalijimasis gamina daug energijos labai didelės šilumos ir spinduliuotės pavidalu. Štai kodėl reaktoriai yra statomi konstrukcijose, sandariose po storais metalu gelžbetoniniais kupolais. Jėgainės panaudoja šią energiją ir šilumą gamindamos garą, kad varytų generatorius, gaminančius elektros energiją.
Kritiškumo valdymas
Kai reaktorius paleidžiamas, neutronų skaičius kontroliuojamai didinamas lėtai. Neutronų gamybai kalibruoti naudojami reaktoriaus aktyvioje zonoje esantys neutronus sugeriantys valdymo strypai. Valdymo strypai yra pagaminti iš neutronus sugeriančių elementų, tokių kaip kadmis, boras arba hafnis.
Kuo giliau strypai nuleidžiami į reaktoriaus šerdį, tuo daugiau neutronų strypai sugeria ir vyksta mažiau dalijimosi. Technikai patraukia aukštyn arba žemyn valdymo strypus į reaktoriaus šerdį, priklausomai nuo to, ar norima daugiau ar mažiau dalijimosi, neutronų gamybos ir galios.
Atsiradus gedimui, technikai gali nuotoliniu būdu įmesti valdymo strypus į reaktoriaus aktyvią zoną, kad greitai sugertų neutronus ir išjungtų branduolinė reakcija.
Kas yra Superkritiškumas?
Paleidimo metu branduolinis reaktorius trumpam perkeliamas į būseną, kuri gamina daugiau neutronų nei prarandama. Ši būklė vadinama superkritine būsena, leidžiančia didėti neutronų populiacijai ir pagaminti daugiau energijos.
Pasiekus pageidaujamą galios gamybą, reaktorius sureguliuojamas į kritinę būseną, kuri palaiko neutronų balansą ir energijos gamybą. Kartais, pavyzdžiui, techninės priežiūros išjungimo ar degalų papildymo metu, reaktoriai perkeliami į subkritinę būseną, todėl sumažėja neutronų ir energijos gamyba.
Toli nuo nerimą keliančios būsenos, kurią sufleruoja jo pavadinimas, kritiškumas yra pageidautina ir būtina būsena atominei elektrinei, gaminančiai nuoseklų ir pastovų energijos srautą.