Când reactorul de separare a atomilor a energie nucleara instalația funcționează normal, se spune că este „critică” sau într-o stare de „criticitate”. Este o stare necesară procesului când se produce electricitate esențială.
Folosirea termenului „criticitate” poate părea contra-intuitivă ca o modalitate de a descrie normalitatea. În limbajul de zi cu zi, cuvântul descrie adesea situații cu potențial de dezastru.
În contextul energiei nucleare, criticitatea indică faptul că un reactor funcționează în siguranță. Există doi termeni legați de criticitate - supercriticitate și subcriticitate, care sunt, de asemenea, normali și esențiali pentru generarea corectă a energiei nucleare.
Criticitatea este o stare echilibrată
Utilizarea reactoarelor nucleare uraniu tije de combustibil — tuburi metalice lungi, subțiri, de zirconiu, care conțin pelete de material fisionabil pentru a crea energie prin fisiune. Fisiunea este procesul de scindare a nucleelor atomilor de uraniu pentru a elibera neutroni care, la rândul lor, despart mai mulți atomi, eliberând mai mulți neutroni.
Criticitatea înseamnă că un reactor controlează o reacție în lanț de fisiune susținută, în care fiecare eveniment de fisiune eliberează un număr suficient de neutroni pentru a menține o serie continuă de reacții. Aceasta este starea normală a producerii de energie nucleară.
Barele de combustibil din interiorul unui reactor nuclear produc și pierd un număr constant de neutroni, iar sistemul energetic nuclear este stabil. Tehnicienii în energie nucleară au proceduri în vigoare, unele dintre ele automatizate, în cazul în care apare o situație în care se produc și se pierd mai mulți neutroni sau mai puțini.
Fisiunea produce o cantitate mare de energie sub formă de căldură și radiații foarte mari. De aceea, reactoarele sunt găzduite în structuri sigilate sub cupole groase de beton armat cu metal. Centralele electrice valorifică această energie și căldură pentru a produce abur și a conduce generatoarele care produc energie electrică.
Controlul criticității
Când un reactor pornește, numărul de neutroni crește încet, într-o manieră controlată. Tijele de control care absorb neutroni din miezul reactorului sunt folosite pentru a calibra producția de neutroni. Tijele de control sunt fabricate din elemente care absorb neutroni, cum ar fi cadmiul, borul sau hafniul.
Cu cât tijele sunt coborâte mai adânc în miezul reactorului, cu atât tijele absorb mai mulți neutroni și are loc mai puțină fisiune. Tehnicienii trag în sus sau în jos tijele de control în miezul reactorului, în funcție de dacă se dorește mai multă sau mai puțină fisiune, producție de neutroni și putere.
În cazul în care apare o defecțiune, tehnicienii pot introduce de la distanță tijele de control în miezul reactorului pentru a absorbi rapid neutronii și a opri reacție nucleară.
Ce este supercriticitatea?
La pornire, reactorul nuclear este pus pentru scurt timp într-o stare care produce mai mulți neutroni decât sunt pierduți. Această condiție se numește stare supercritică, ceea ce permite populației de neutroni să crească și să fie produsă mai multă putere.
Când se atinge producția de energie dorită, se fac ajustări pentru a plasa reactorul în starea critică care susține echilibrul neutronilor și producția de energie. Uneori, cum ar fi pentru oprirea întreținerii sau realimentarea cu combustibil, reactoarele sunt plasate într-o stare subcritică, astfel încât producția de neutroni și de energie să scadă.
Departe de starea îngrijorătoare sugerată de numele său, criticitatea este o stare dezirabilă și necesară pentru o centrală nucleară care produce un flux consistent și constant de energie.