1. Moderazione dei neutroni:
* I neutroni dalla fissione sono troppo energici per sostenere una reazione a catena. Devono essere rallentati a un livello di energia specifico.
* Moderatori: Questi sono materiali come l'acqua (nei reattori dell'acqua chiara) o la grafite (in alcuni reattori) che rallentano efficacemente i neutroni dalle collisioni.
2. Assorbimento di neutroni:
* Raste di controllo: Questi sono realizzati con materiali che assorbono i neutroni come boro o cadmio. Inserendo queste aste nel nucleo del reattore, è possibile assorbire i neutroni, riducendo la velocità di fissione e controllando l'uscita di potenza.
* Altri assorbitori: Alcuni dei prodotti di fissione stessi sono buoni assorbitori di neutroni, che aiutano a regolare la reazione.
3. Arricchimento del carburante:
* Urani naturale: Contiene solo lo 0,7% dell'isotopo fissile U-235.
* Arricchimento: Aumenta la concentrazione di U-235, rendendo il carburante più reattivo. Il livello di arricchimento determina la facilità con cui la reazione a catena può essere sostenuta.
4. Geometria del reattore:
* Forma e dimensione: Il design del reattore influenza il flusso di neutroni e quanto efficacemente possano innescare un'ulteriore fissione.
* Riflettore: Un materiale che circonda il nucleo che riflette i neutroni di fuga nella zona di reazione, aumentando l'efficienza.
5. Sistema di raffreddamento:
* Rimozione del calore: La fissione genera un calore enorme, che deve essere costantemente rimosso per evitare il surriscaldamento.
* Refrigerante: Questo può essere acqua, acqua pesante o altri liquidi che circolano attraverso il nucleo, assorbendo il calore e trasferendolo in uno scambiatore di calore.
Come funziona tutto insieme:
1. Iniziare la reazione a catena: Un neutrone colpisce un atomo U-235, causando fissione e rilasciando più neutroni.
2. Moderazione dei neutroni: Il moderatore rallenta questi neutroni a un livello di energia adatto a un'ulteriore fissione.
3. Controllo della reazione: Le aste di controllo assorbono alcuni neutroni, prevenendo una reazione a catena non controllata.
4. Sostenere la reazione: I restanti neutroni innescano ulteriori eventi di fissione, mantenendo la reazione a una velocità controllata.
5. raffreddamento: Il sistema di raffreddamento rimuove il calore generato dal processo di fissione.
Meccanismi di sicurezza:
* Sistema Scram: Questo sistema inserisce rapidamente tutte le aste di controllo nel nucleo, fermando la reazione a catena in caso di emergenza.
* Building di contenimento: Una struttura forte che impedisce il rilascio di materiali radioattivi in caso di incidente.
* Sistemi di backup: Più sistemi ridondanti assicurano che il reattore rimanga sotto controllo anche in caso di guasti.
In sintesi: I reattori nucleari si basano su una sofisticata combinazione di moderazione dei neutroni, aste di controllo, arricchimento del carburante, geometria del reattore e sistemi di raffreddamento per gestire la reazione della catena nucleare e produrre energia in modo sicuro ed efficiente.
