PEMBUATAN NUKLIR REAKTOR

Sebuah reaktor nuklir adalah alat di mana reaksi berantai nuklir dimulai, dikontrol, dan dipertahankan pada tingkat yang stabil.
Penggunaan yang paling signifikan adalah reaktor nuklir sebagai sumber energi untuk pembangkitan tenaga listrik (lihat kekuatan nuklir) dan untuk kekuasaan di beberapa kapal-kapal (lihat Nuklir laut propulsi). Hal ini biasanya dilakukan dengan metode yang melibatkan menggunakan panas dari reaksi nuklir untuk tenaga turbin uap. Ada juga kegunaan lain yang kurang umum seperti yang dibahas di bawah ini.
Cara kerjanya

Sebuah peristiwa diinduksi fisi nuklir. Sebuah neutron yang diserap oleh inti uranium-235 atom, yang pada gilirannya terpecah menjadi lebih ringan bergerak cepat unsur-unsur (produk fisi) dan bebas neutron. Walaupun kedua reaktor dan senjata nuklir bergantung pada reaksi rantai nuklir, laju reaksi dalam reaktor itu jauh lebih lambat daripada di bom.
Fisika pengoperasian reaktor nuklir dijelaskan dalam fisika reaktor nuklir.
Sama seperti banyak stasiun tenaga panas konvensional menghasilkan listrik dengan memanfaatkan energi panas dilepaskan dari pembakaran bahan bakar fosil, pembangkit listrik tenaga nuklir mengubah energi panas dilepaskan dari fisi nuklir.
Reactor
Reaktor digunakan untuk mengkonversi nuklir (juga dikenal sebagai 'atom') energi menjadi panas. Sementara reaktor bisa menjadi salah satu di mana panas yang dihasilkan oleh fusi atau peluruhan radioaktif, deskripsi ini berfokus pada prinsip-prinsip dasar reaktor fisi.
Fission
Ketika yang relatif besar fisi inti atom (biasanya uranium-235, plutonium-239 atau plutonium-241) menyerap neutron kemungkinan untuk menjalani fisi nuklir. Nukleus berat asli terbagi menjadi dua atau lebih ringan nukleus, melepaskan energi kinetik, radiasi gamma dan neutron bebas; kolektif dikenal sebagai produk fisi. [1] Sebagian neutron ini kemudian dapat diserap oleh atom fisi lain dan memicu peristiwa fisi lebih lanjut, yang melepaskan lebih banyak neutron, dan seterusnya.
Reaksi berantai nuklir dapat dikendalikan dengan menggunakan racun dan neutron neutron moderator untuk mengubah fraksi neutron yang akan terus menyebabkan lebih fisi. Dalam teknik nuklir, neutron moderator adalah media yang mengurangi kecepatan neutron cepat, sehingga mengubahnya menjadi neutron termal mampu mempertahankan nuklir melibatkan reaksi berantai uranium-235.
Umum digunakan moderator termasuk biasa (cahaya) air (75% dari reaktor dunia), padat grafit (20% dari reaktor) dan air berat (5% dari reaktor). Berilium juga telah digunakan dalam beberapa jenis eksperimental, dan hidrokarbon telah diusulkan sebagai kemungkinan lain. [2] Meningkatkan atau menurunkan tingkat fisi juga akan menambah atau mengurangi output energi dari reaktor.
Heat Generasi
Inti reaktor menghasilkan panas dalam beberapa cara:
• energi kinetik produk-produk fisi diubah menjadi energi panas ketika inti ini bertabrakan dengan atom di dekatnya.
• Sebagian dari sinar gamma yang dihasilkan selama fisi diserap oleh reaktor, energi mereka diubah menjadi panas.
• Panas yang dihasilkan oleh peluruhan radioaktif produk fisi dan bahan-bahan yang telah diaktifkan oleh penyerapan neutron. Sumber panas pembusukan ini akan tetap selama beberapa waktu bahkan setelah reaktor shutdown.
Kekuatan panas yang dihasilkan oleh reaksi nuklir adalah 1.000.000 kali dari massa yang sama batubara.
Pendingin
Pendingin reaktor nuklir - biasanya air tetapi kadang-kadang gas atau cairan logam atau cair garam - yang beredar melewati inti reaktor untuk menyerap panas yang dihasilkannya. Yang panas yang dibawa pergi dari reaktor dan kemudian digunakan untuk menghasilkan uap. Kebanyakan sistem reaktor menggunakan sistem pendingin yang secara fisik terpisah dari air yang akan direbus untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi untuk turbin, seperti reaktor air bertekanan. Tetapi dalam beberapa reaktor air untuk turbin uap direbus langsung oleh reaktor inti, misalnya reaktor air mendidih. [3]
Kendali reaktivitas
Output daya dari reaktor dikendalikan dengan mengendalikan berapa banyak neutron mampu menciptakan lebih banyak fisi.
Kontrol batang yang terbuat dari racun nuklir digunakan untuk menyerap neutron. Menyerap lebih neutron dalam batang kontrol berarti bahwa terdapat lebih sedikit neutron tersedia untuk menyebabkan fisi, sehingga mendorong batang kontrol lebih dalam reaktor akan mengurangi output daya, dan mengeluarkan batang kontrol itu akan meningkat.
Dalam beberapa reaktor, yang coolant juga bertindak sebagai moderator neutron. Seorang moderator meningkatkan kekuatan reaktor dengan menyebabkan neutron cepat yang dibebaskan dari fisi untuk kehilangan energi dan menjadi neutron termal. Neutron termal lebih cenderung menyebabkan neutron cepat fisi, jadi lebih neutron moderasi berarti lebih banyak output daya dari reaktor. Jika coolant adalah moderator, maka perubahan suhu dapat mempengaruhi densitas coolant / moderator dan karena itu mengubah output daya. Coolant temperatur yang lebih tinggi akan lebih padat, dan karena itu moderator yang kurang efektif.
Reaktor lain yang coolant bertindak sebagai racun dengan menyerap neutron dalam cara yang sama melakukan kontrol batang. Dalam output daya reaktor ini dapat ditingkatkan dengan memanaskan coolant, yang membuatnya menjadi kurang padat racun. [Sunting] Reaktor nuklir umumnya memiliki sistem manual dan otomatis untuk memasukkan racun dalam jumlah besar (sering boron dalam bentuk asam borat) ke dalam untuk menutup reaktor reaksi fisi bawah jika kondisi tidak aman terdeteksi. [4]
Listrik generasi
Energi yang dilepaskan dalam proses fisi menghasilkan panas, beberapa di antaranya dapat diubah menjadi energi berguna. Metode umum untuk memanfaatkan energi panas ini adalah dengan menggunakannya untuk merebus air untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi yang kemudian akan mendorong turbin uap yang menghasilkan listrik. [4]
Komponen
Ruang kontrol Negara Pulstar NC Reaktor Nuklir.
Komponen kunci umum bagi sebagian besar jenis pembangkit listrik nuklir adalah:
• bahan bakar nuklir
• inti reaktor nuklir
• Neutron moderator
• racun Neutron
• Coolant (sering kali Neutron Moderator dan Coolant adalah sama, biasanya kedua air murni)
• Kontrol batang
• Reaktor pembuluh
• Boiler feedwater pompa
• Steam generator (tidak dalam BWRs)
• Steam turbin
• Generator listrik
• Kondensor
• menara pendingin (tidak selalu diperlukan)
• Sistem Radwaste (satu bagian dari tanaman penanganan limbah radioaktif)
• Lantai pengisian bahan bakar
• Menghabiskan bahan bakar renang
• Reaktor Protective System (RPS)
• Emergency Core Cooling System (ECCS)
• Sistem Kontrol cair siaga (boron darurat injeksi, di BWRs saja)
• Kendali bangunan
• Kontrol kamar
• Fasilitas Operasi Darurat
Orang-orang di listrik tenaga nuklir
Pembangkit listrik tenaga nuklir biasanya mempekerjakan kurang dari seribu orang per reaktor (termasuk penjaga keamanan dan insinyur yang berhubungan dengan tanaman tetapi mungkin bekerja di tempat lain). [Rujukan?]
• insinyur nuklir
• Reaktor operator
• Kesehatan fisikawan
• Komisi Peraturan Nuklir Residen Inspektur
Di Amerika Serikat dan Kanada, para pekerja kecuali untuk manajemen, profesional (seperti insinyur) dan keamanan yang boleh menjadi anggota salah satu Persaudaraan Internasional of Electrical Pekerja (IBEW) atau Serikat Pekerja Utility Amerika (AFL-CIO) (IUWUA) . (Dalam senioritas serikat buruh dapat digunakan untuk tawaran kerja membayar lebih tinggi. IUWUA The IBEW dan tidak memiliki usia pensiun.)
Reaktor jenis

NC State's PULSTAR Reaktor adalah 1 MW kolam-tipe reaktor riset dengan 4% diperkaya, pin-jenis bahan bakar yang terdiri dari pellet UO2 dalam cladding zircaloy.
Klasifikasi
Reaktor nuklir diklasifikasikan oleh beberapa metode; singkat garis besar skema klasifikasi ini disediakan.
Klasifikasi menurut jenis reaksi nuklir
• Fisi nuklir. Kebanyakan reaktor, dan semua yang komersial, berdasarkan fisi nuklir. Mereka umumnya menggunakan produk uranium dan plutonium sebagai bahan bakar nuklir, meskipun siklus bahan bakar thorium juga dimungkinkan. Artikel ini membutuhkan "reaktor nuklir" berarti fisi reaktor kecuali dinyatakan lain. Reaktor fisi secara kasar dapat dibagi menjadi dua kelas, tergantung pada energi neutron yang mempertahankan reaksi berantai fisi:
o Thermal reaktor menggunakan neutron lambat atau termal. Hampir semua saat ini reaktor jenis ini. Ini mengandung bahan moderator neutron yang memperlambat neutron neutron sampai suhu thermalized, yaitu, sampai mereka mendekati energi kinetik rata-rata energi kinetik dari partikel sekitarnya. Neutron termal memiliki jauh lebih tinggi penampang (probabilitas) dari fisi inti yang fissioning uranium-235, plutonium-239, dan plutonium-241, dan probabilitas yang relatif lebih rendah neutron ditangkap oleh uranium-238 lebih cepat dibandingkan dengan hasil neutron yang semula dari fisi, memungkinkan penggunaan uranium yang diperkaya rendah atau bahkan bahan bakar uranium alam. Moderator sering juga coolant, biasanya air di bawah tekanan tinggi untuk meningkatkan titik didih. Ini dikelilingi oleh kapal reaktor, instrumentasi untuk memantau dan mengendalikan reaktor, radiasi, dan sebuah bangunan penahanan.
o neutron reaktor cepat menggunakan neutron cepat menyebabkan fisi dalam bahan bakar. Mereka tidak memiliki neutron moderator, dan menggunakan pendingin kurang-moderat. Memelihara reaksi berantai membutuhkan bahan bakar menjadi lebih sangat diperkaya dalam bahan fisi (sekitar 20% atau lebih) karena relatif lebih rendah dibandingkan dengan probabilitas ditangkap oleh fisi U-238. Reaktor cepat memiliki potensi untuk menghasilkan limbah kurang transuranic karena semua actinides adalah fisi dengan neutron cepat, [5] tetapi mereka lebih sulit untuk membangun dan lebih mahal untuk beroperasi. Secara keseluruhan, reaktor cepat sedikit dibandingkan reaktor termal di kebanyakan aplikasi. Beberapa pembangkit listrik awal adalah reaktor cepat, seperti juga beberapa unit propulsi angkatan laut Rusia. Konstruksi prototipe terus (lihat cepat peternak atau reaktor generasi IV).
• Fusi nuklir. Tenaga fusi adalah sebuah teknologi eksperimental, umumnya dengan hidrogen sebagai bahan bakar. Meskipun saat ini tidak cocok untuk produksi listrik, Farnsworth-Hirsch fusors digunakan untuk menghasilkan radiasi neutron.
• Peluruhan radioaktif. Contohnya termasuk thermoelectric generator radioisotop serta jenis baterai atom, yang membangkitkan panas dan daya dengan memanfaatkan peluruhan radioaktif pasif.
Klasifikasi oleh moderator materi
Digunakan oleh reaktor termal:
• Grafit dikelola reaktor
• Air dikelola reactor


Classification by coolant


o reaktor air berat
o dikelola reaktor air ringan (LWRs). Reaktor air ringan menggunakan air biasa untuk moderat dan mendinginkan reaktor. Ketika temperatur operasi, jika suhu air meningkat, kerapatan tetes, dan lebih sedikit neutron melewatinya diperlambat cukup untuk memicu reaksi lebih lanjut. Umpan balik negatif menstabilkan laju reaksi. Grafit dan reaktor air berat cenderung lebih teliti thermalised dari reaktor air ringan. Karena thermalization ekstra, jenis ini dapat menggunakan uranium alam / unenriched bahan bakar.
• Lampu dikelola unsur reaktor. Reaktor ini dikelola oleh lithium atau berilium.
o Molten garam reaktor (MSRs) dikelola oleh elemen-elemen ringan seperti lithium atau berilium, yang merupakan konstituen dari pendingin / matriks bahan bakar Lif dan BeF2 garam.
o reaktor berpendingin logam cair, seperti seseorang yang coolant adalah campuran dari Lead dan Bismuth, dapat menggunakan Beo sebagai moderator.
• organik moderator reaktor (OMR) menggunakan biphenyl dan terphenyl sebagai moderator dan pendingin.
Dalam termal reaktor nuklir (LWRs di spesifik), yang coolant bertindak sebagai moderator yang harus memperlambat neutron sebelum mereka dapat secara efisien diserap oleh bahan bakar.
• Air didinginkan reaktor. Ada 104 reaktor beroperasi di Amerika Serikat. Dari jumlah tersebut, 69 adalah reaktor air bertekanan (PWR), dan 35 adalah reaktor air mendidih (BWR). [6]
o reaktor air bertekanan (PWR)
 karakteristik utama PWRs adalah pressurizer, bejana tekanan khusus. Komersial reaktor PWRs dan laut menggunakan pressurizers. Selama operasi normal, suatu pressurizer sebagian diisi dengan air, dan gelembung uap di atasnya dipelihara dengan memanaskan air dengan pemanas terendam. Selama operasi normal, yang pressurizer terhubung ke tekanan reaktor utama kapal (SPN) dan pressurizer "gelembung" menyediakan ruang untuk ekspansi perubahan volume air dalam reaktor. Pengaturan ini juga menyediakan alat mengontrol tekanan untuk reaktor dengan meningkatkan atau menurunkan tekanan uap pada pressurizer menggunakan pemanas pressurizer.
 reaktor air berat bertekanan adalah subset dari reaktor air bertekanan, berbagi penggunaan bertekanan, terisolasi transportasi panas loop, tetapi menggunakan air berat sebagai pendingin dan moderator untuk neutron lebih besar ekonomi yang ditawarkannya.
o reaktor air didih (BWR)
 BWRs ditandai oleh air mendidih di sekitar batang bahan bakar di bagian bawah tekanan reaktor utama kapal. Sebuah reaktor air mendidih menggunakan 235U, uranium yang diperkaya sebagai dioksida, sebagai bahan bakar. Bahan bakar dirakit menjadi batang yang terendam dalam air dan ditempatkan di sebuah kapal baja. Fisi nuklir menyebabkan air mendidih, menghasilkan uap. Ini uap dipompa melalui pipa ke turbin. Yang digerakkan oleh turbin uap, dan proses ini menghasilkan listrik. [7] Selama operasi normal, kontrol tekanan dicapai dengan mengontrol jumlah uap yang mengalir dari tekanan reaktor kapal ke turbin.
o Pool-tipe reaktor
• logam cair didinginkan reaktor. Karena air adalah moderator, itu tidak dapat digunakan sebagai pendingin pada reaktor cepat. Pendingin logam cair termasuk natrium, Nak, timah, timbal-bismuth eutektik, dan di awal reaktor, air raksa.
o Sodium-cooled reaktor cepat
o Lead-cooled fast reaktor
• Gas didinginkan reaktor didinginkan oleh sirkulasi gas inert, sering helium di desain temperatur tinggi, sementara karbon dioksida telah digunakan di masa lalu Inggris dan Perancis listrik tenaga nuklir. Nitrogen juga telah digunakan. [Sunting] Pemanfaatan panas bervariasi, tergantung pada reaktor. Beberapa reaktor berjalan cukup panas bahwa gas dapat langsung daya turbin gas. Desain yang lebih tua biasanya menjalankan gas melalui penukar panas untuk membuat uap untuk turbin uap.
• Molten Salt Reaktor (MSRs) yang didinginkan oleh sirkulasi cair garam, biasanya eutektik fluorida campuran garam, seperti FLiBe. Dalam MSR khas, yang coolant juga digunakan matriks di mana bahan fisi dibubarkan.
Klasifikasi oleh generasi
• Generasi I reaktor
• Generasi II reaktor (sebagian besar saat ini listrik tenaga nuklir)
• Generasi III reaktor (evolusi perbaikan desain yang sudah ada)
• Generasi IV reaktor (teknologi masih dalam pengembangan)
The "Gen IV"-istilah ini dijuluki oleh DOE untuk mengembangkan jenis tanaman baru pada tahun 2000. [8] Pada tahun 2003 CEA Perancis adalah yang pertama untuk merujuk pada jenis Jenderal II di Pekan fisika inti; "Etienne Pochon, direktur CEA industri nuklir dukungan, diuraikan EPR's perbaikan kinerja dan keamanan dibandingkan dengan fitur-fitur canggih pada desain Generasi II yang mendasarinya. ". [9] Pertama menyebutkan Gen III juga pada tahun 2000 bersamaan dengan peluncuran rencana GIF.
Klasifikasi oleh fase bahan bakar
• Solid bakar
• Fluida bakar
o berair reaktor homogen
o Molten garam reaktor
• Gas bakar
Klasifikasi dengan menggunakan
• Listrik
o pembangkit listrik nuklir
• Propulsion, lihat propulsi nuklir
o Nuklir propulsi kelautan
o Berbagai bentuk diusulkan roket
• Penggunaan lain panas
o Desalinasi
o Panaskan selama pemanasan domestik dan industri
Hidrogen o produksi untuk digunakan dalam ekonomi hidrogen
• Produksi transmutasi reaktor untuk elemen
o Breeder reaktor. Peternak reaktor cepat mampu menghasilkan bahan fisi lebih daripada yang mereka konsumsi selama reaksi berantai fisi (dengan mengkonversi subur U-238 Pu-239) yang memungkinkan cepat operasional reaktor fisi untuk menghasilkan lebih banyak materi daripada mengkonsumsi. Jadi, seorang peternak reaktor, sekali berjalan, dapat kembali hendaknya didukung dengan alam atau bahkan depleted uranium. [10]
o Membuat berbagai isotop radioaktif, seperti amerisium untuk digunakan dalam detektor asap, dan cobalt-60, molybdenum-99 dan lain-lain, digunakan untuk pencitraan dan perawatan medis.
o Produksi bahan untuk senjata nuklir seperti plutonium senjata
• Menyediakan sumber neutron radiasi (misalnya dengan perangkat Godiva berdenyut) dan radiasi positron [klarifikasi diperlukan]) (misalnya analisis aktivasi neutron dan potasium-argon dating [klarifikasi diperlukan])
• Penelitian reaktor: reaktor Biasanya digunakan untuk penelitian dan pelatihan, materi pengujian, atau produksi radioisotop untuk kedokteran dan industri. Ini adalah jauh lebih kecil daripada reaktor daya atau mereka mendorong kapal, dan banyak berada di kampus universitas. Ada sekitar 280 reaktor tersebut beroperasi, di 56 negara. Beberapa beroperasi dengan uranium yang diperkaya tinggi bahan bakar, dan upaya-upaya internasional sedang dilakukan untuk mengganti bahan bakar diperkaya rendah. [11]
Current teknologi
Ada dua jenis tenaga nuklir di gunakan saat ini:
• The Radioisotope thermoelectric generator menghasilkan panas melalui peluruhan radioaktif pasif. Beberapa thermoelectric generator radioisotop telah diciptakan untuk ruang kekuasaan probe (misalnya, Cassini probe), beberapa mercusuar di bekas Uni Soviet, dan beberapa alat pacu jantung. Panas output dari generator tersebut berkurang dengan waktu; panas dikonversikan ke listrik memanfaatkan efek thermoelectric.
• reaktor Fisi nuklir menghasilkan panas melalui reaksi rantai nuklir yang dikontrol dalam massa kritis bahan fisi. Semua arus listrik tenaga nuklir sangat penting reaktor fisi, yang merupakan fokus dari artikel ini. Output reaktor fisi dapat dikontrol. Ada beberapa subtipe kritis reaktor fisi, yang dapat digolongkan sebagai Generasi I, II dan Generation Generasi III. Semua reaktor akan dibandingkan dengan Reaktor Air bertekanan (PWR), karena itu adalah standar desain reaktor modern.
Masa depan dan pengembangan teknologi
Advanced reaktor
Lebih dari selusin desain reaktor maju dalam berbagai tahap pembangunan. [12] Ada yang evolusioner dari PWR, BWR dan PHWR desain di atas, ada yang lebih radikal keberangkatan. Mantan termasuk Reaktor Air Didih Lanjut (ABWR), dua di antaranya kini beroperasi dengan orang lain yang sedang dibangun, dan direncanakan secara pasif ESBWR aman dan unit AP1000 (lihat 2010 Program Listrik Tenaga Nuklir).
• Reaktor Cepat Integral dibangun, diuji dan dievaluasi selama tahun 1980 dan kemudian pensiun di bawah pemerintahan Clinton pada 1990-an akibat non-proliferasi nuklir kebijakan pemerintah. Daur ulang bahan bakar adalah inti dari desain dan karena itu hanya menghasilkan sebagian kecil dari arus limbah reaktor. [13]
• The Pebble Bed Reactor, Suhu Tinggi Gas Cooled Reactor (HTGCR), dirancang sehingga temperatur tinggi mengurangi output daya oleh doppler perluasan dari bahan bakar penampang neutron. Keramik menggunakan bahan bakar sehingga suhu operasi yang aman melebihi kekuatan-pengurangan kisaran temperatur. Kebanyakan desain yang didinginkan dengan helium inert. Helium tidak dikenakan uap ledakan, menolak penyerapan neutron menuju radioaktivitas, dan tidak melarutkan kontaminan yang dapat menjadi radioaktif. Desain khas memiliki lebih lapisan (hingga 7) dari penahanan pasif dari reaktor air ringan (biasanya 3). Sebuah fitur unik yang dapat membantu keselamatan adalah bahwa bahan bakar-bola sebenarnya membentuk inti's mekanisme, dan digantikan satu-demi satu dengan bertambahnya usia mereka. Desain pengolahan ulang bahan bakar membuat bahan bakar mahal.
• SSTAR, Kecil, Sealed, diangkut, Otonomi Reaktor sedang diteliti dan dikembangkan terutama di AS, dimaksudkan sebagai peternak yang cepat secara pasif reaktor yang aman dan dapat jarak jauh kasus ditutup pada muncul kecurigaan bahwa sedang dirusak.
• Bersih Dan Environmentally Safe Advanced Reaktor (CAESAR) adalah sebuah konsep reaktor nuklir yang menggunakan uap sebagai moderator - desain ini masih dalam pembangunan.
• subkritis reaktor dirancang agar lebih aman dan lebih stabil, tapi menimbulkan sejumlah teknik dan kesulitan ekonomi. Salah satu contoh adalah penguat Energi.
• Thorium berbasis reaktor. Dimungkinkan untuk mengubah Thorium-232 menjadi U-233 dalam reaktor yang dirancang khusus untuk tujuan tersebut. Dengan cara ini, Thorium, yang lebih banyak daripada uranium, dapat digunakan untuk berkembang biak U-233 bahan bakar nuklir. U-233 ini juga diyakini memiliki sifat nuklir menguntungkan dibandingkan secara tradisional digunakan U-235, termasuk netron lebih baik ekonomi dan produksi yang lebih rendah dari lama tinggal transuranic limbah.
o Advanced Heavy Water Reactor - Suatu usulan moderator air berat reaktor tenaga nuklir yang akan menjadi generasi berikutnya desain tipe PHWR. Pembangunan di bawah Bhabha Atomic Research Centre (BARC), India.
o KAMINI - Sebuah reaktor unik menggunakan isotop Uranium-233 untuk bahan bakar. Dibangun di India oleh BARC dan Pusat Indira Gandhi Atomic Research (IGCAR).
o India juga berencana untuk membangun reaktor cepat peternak menggunakan thorium - Uranium-233 siklus bahan bakar. The FBTR (Fast Breeder Reactor Test) dalam operasi di Kalpakkam (India) menggunakan Plutonium sebagai bahan bakar dan natrium cair sebagai pendingin.
Reaktor Generasi IV
Reaktor generasi IV adalah seperangkat teoritis desain reaktor nuklir yang saat ini sedang diteliti. Desain ini umumnya tidak diharapkan akan tersedia untuk pembangunan komersial sebelum 2030. Current reaktor beroperasi di seluruh dunia pada umumnya dianggap kedua atau sistem generasi ketiga, dengan sistem generasi pertama yang telah pensiun beberapa waktu lalu. Penelitian jenis reaktor ini secara resmi dimulai oleh Generation IV International Forum (GIF) didasarkan pada delapan tujuan teknologi. Menjadi tujuan utama untuk meningkatkan keselamatan nuklir, meningkatkan resistensi proliferasi, meminimalisasi limbah dan pemanfaatan sumber daya alam, dan untuk mengurangi biaya untuk membangun dan menjalankan tanaman. [14]
• Gas reaktor cepat didinginkan
• Lead reaktor cepat didinginkan
• garam Molten reaktor
• Sodium-cooled reaktor cepat
• reaktor air superkritikal
• Sangat reaktor temperatur tinggi
Generasi V + reaktor
Desain yang secara teoritis mungkin, tetapi yang tidak dianggap atau diteliti secara aktif saat ini. Meskipun reaktor tersebut dapat dibangun dengan jangka pendek saat ini atau teknologi, mereka memicu bunga kecil karena alasan ekonomi, kepraktisan, atau keselamatan.
• Liquid Core reaktor. Sebuah loop tertutup cairan inti reaktor nuklir, di mana bahan fisi uranium cair didinginkan oleh gas kerja dipompa masuk melalui lubang di dasar penahanan kapal.
• Gas inti reaktor. Sebuah versi tertutup bola lampu nuklir roket, di mana bahan fisi uranium-heksafluorida gas yang terkandung dalam leburan silika kapal. Sebuah kerja gas cair (seperti hidrogen) akan mengalir di sekitar kapal ini dan menyerap sinar UV yang diproduksi oleh reaksi. Secara teori, dengan menggunakan UF6 sebagai bahan bakar kerja secara langsung (bukan sebagai tahap satu, seperti yang dilakukan sekarang) akan berarti biaya pemrosesan yang lebih rendah, dan reaktor sangat kecil. Dalam praktiknya, menjalankan reaktor pada daya tinggi seperti kerapatan mungkin akan menghasilkan fluks netron dapat diatur.
• Gas EM inti reaktor. Seperti dalam Core Gas reaktor, tetapi dengan array fotovoltaik mengubah sinar UV langsung ke listrik.
• Fission fragmen reaktor
Fusion reaktor
Controlled fusi nuklir pada prinsipnya dapat digunakan dalam pembangkit listrik fusi untuk menghasilkan kekuasaan tanpa penanganan kompleksitas actinides, tapi signifikan ilmiah dan kendala teknis tetap. Beberapa reaktor fusi telah dibangun, tetapi belum ada telah 'menghasilkan' lebih banyak energi termal dari energi listrik yang dikonsumsi. Meskipun penelitian telah dimulai pada tahun 1950-an, tidak ada reaktor fusi komersial diharapkan sebelum tahun 2050. ITER proyek yang saat ini memimpin upaya untuk mengkomersialkan daya fusi.
Siklus bahan bakar nuklir
Artikel utama: siklus bahan bakar nuklir
Termal reaktor umumnya bergantung pada perbaikan dan memperkaya uranium. Beberapa reaktor nuklir dapat beroperasi dengan campuran plutonium dan uranium (lihat MOX). Proses di mana bijih uranium ditambang, diproses, diperkaya, digunakan, mungkin diolah kembali dan dibuang dikenal sebagai siklus bahan bakar nuklir.
Bawah 1% dari uranium yang ditemukan di alam adalah mudah fisi isotop U-235 dan sebagai hasilnya desain paling reaktor membutuhkan bahan bakar diperkaya. Pengayaan melibatkan meningkatkan persentase U-235 dan biasanya dilakukan dengan cara difusi atau gas gas centrifuge. Hasilnya adalah yang diperkaya kemudian diubah menjadi uranium dioksida bubuk, yang ditekan dan menembak ke bentuk pelet. Pelet ini ditumpuk ke dalam tabung yang kemudian disegel dan disebut batang bahan bakar. Banyak dari batang bahan bakar yang digunakan dalam setiap reaktor nuklir.
Kebanyakan BWR dan PWR reaktor komersial menggunakan uranium yang diperkaya untuk sekitar 4% U-235, dan beberapa reaktor komersial dengan ekonomi neutron tinggi tidak memerlukan bahan bakar akan diperkaya sama sekali (yaitu, mereka dapat menggunakan uranium alam). Menurut Badan Energi Atom Internasional ada minimal 100 riset reaktor di dunia yang didorong oleh sangat diperkaya (weapons-grade/90% pengayaan uranium). Risiko pencurian bahan bakar ini (potensial digunakan dalam produksi senjata nuklir) telah menyebabkan kampanye menganjurkan konversi dari jenis reaktor pengayaan uranium rendah (yang tidak menimbulkan ancaman proliferasi). [15]
Perlu dicatat bahwa fisi U-235 dan non-fisi fisi dan subur tetapi U-238 sama-sama digunakan dalam proses fisi. U-235 adalah fisi oleh termal (yaitu bergerak lambat) neutron. Sebuah neutron termal adalah salah satu yang bergerak dengan kecepatan yang sama seperti atom di sekitarnya. Karena semua atom bergetar secara proporsional kepada suhu absolut mereka, sebuah neutron termal memiliki kesempatan terbaik untuk fisi U-235 ketika bergerak pada kecepatan getaran yang sama. Di sisi lain, U-238 lebih mungkin untuk menangkap neutron ketika neutron yang bergerak sangat cepat. U-239 ini atom akan segera membusuk menjadi plutonium-239, yang merupakan bahan bakar lain. Pu-239 adalah bahan bakar yang layak dan harus dipertanggungjawabkan bahkan ketika uranium yang sangat diperkaya bahan bakar yang digunakan. Fisi plutonium akan mendominasi fisi U-235 dalam beberapa reaktor, terutama setelah pemuatan awal U-235 yang dibelanjakan. Plutonium fisi dengan baik cepat dan thermal neutron, yang membuatnya ideal baik untuk reaktor nuklir atau bom nuklir.
Sebagian besar desain reaktor yang ada adalah reaktor termal dan biasanya menggunakan air sebagai moderator neutron (moderator berarti bahwa ia memperlambat neutron termal untuk kecepatan) dan sebagai pendingin. Tapi dalam reaktor peternak yang cepat, beberapa jenis lain digunakan pendingin yang tidak akan moderat atau memperlambat neutron turun banyak. Hal ini memungkinkan neutron cepat untuk mendominasi, yang dapat secara efektif digunakan untuk terus menambah pasokan bahan bakar. Dengan unenriched murah hanya menempatkan uranium menjadi seperti inti, non-fisi U-238 akan berubah menjadi Pu-239, "perkembangbiakan" bahan bakar.
Pengisian bahan bakar reaktor nuklir
Jumlah energi dalam cadangan bahan bakar nuklir ini sering diungkapkan dalam bentuk "kekuatan penuh hari," yang merupakan jumlah periode 24-jam (hari) reaktor dijadwalkan untuk operasi pada output daya penuh untuk pembangkitan panas energi. Jumlah penuh daya-hari dalam siklus operasi reaktor (antara pengisian bahan bakar outage kali) adalah terkait dengan jumlah fisi uranium-235 (U-235) yang terkandung dalam bahan bakar pertemuan pada awal siklus. Persentase yang lebih tinggi dari U-235 dalam inti pada awal siklus akan memungkinkan reaktor yang akan dijalankan untuk sejumlah besar kekuatan penuh hari.
Pada akhir siklus operasi, bahan bakar di beberapa majelis adalah "menghabiskan" dan dibuang dan diganti dengan yang baru (segar) majelis bahan bakar, walaupun dalam praktek ini adalah reaksi penumpukan racun dalam bahan bakar nuklir yang menentukan masa bahan bakar nuklir dalam reaktor. Jauh sebelum semua fisi mungkin telah terjadi, maka penumpukan berumur panjang menyerap neutron fisi menghambat produk samping reaksi berantai. Bagian dari bahan bakar reaktor inti diganti selama pengisian bahan bakar biasanya satu-keempat untuk reaktor air mendidih dan sepertiga untuk reaktor air bertekanan. Penempatan dan penyimpanan bahan bakar ini adalah salah satu aspek yang paling menantang dari operasi komersial pabrik tenaga nuklir. Limbah nuklir ini sangat radioaktif dan bahaya keracunan menyajikan selama ribuan tahun. [16]
Tidak semua reaktor harus ditutup selama pengisian bahan bakar, misalnya tempat tidur kerikil reaktor, RBMK reaktor, reaktor garam cair, Magnox, Agr dan memungkinkan bahan bakar reaktor CANDU akan dialihkan melalui reaktor ketika sedang berjalan. Dalam reaktor CANDU, ini juga memungkinkan individu elemen bahan bakar akan terletak di dalam inti reaktor yang paling cocok dengan jumlah U-235 dalam elemen bahan bakar.
Jumlah energi yang diekstrak dari bahan bakar nuklir disebut dengan burnup, yang dinyatakan dalam bentuk energi panas yang dihasilkan per unit awal berat bahan bakar. Terbakar umumnya dinyatakan sebagai hari megawatt termal per metrik ton logam berat awal.