Kad atomu sadalīšanas reaktors a kodolenerģija iekārta darbojas normāli, tā tiek uzskatīta par “kritisku” vai “kritiskuma” stāvoklī. Tas ir nepieciešams stāvoklis procesam, kad tiek ražota būtiska elektrība.
Termina “kritiskums” lietošana var šķist neintuitīva, lai aprakstītu normālu. Ikdienas valodā šis vārds bieži apzīmē situācijas, kas var izraisīt katastrofu.
Kodolenerģijas kontekstā kritiskums norāda, ka reaktors darbojas droši. Ir divi termini, kas saistīti ar kritiskumu — virskritiskums un subkritiskums, kas ir arī normāli un būtiski pareizai kodolenerģijas ražošanai.
Kritiskums ir līdzsvarots stāvoklis
Kodolreaktoru izmantošana urāns degvielas stieņi — garas, slaidas, cirkonija metāla caurules, kas satur skaldīšanas materiāla granulas, lai dalīšanās procesā radītu enerģiju. Skaldīšana ir urāna atomu kodolu sadalīšanas process, lai atbrīvotos neitroni, kas savukārt sadala vairāk atomu, atbrīvojot vairāk neitronu.
Kritiskums nozīmē, ka reaktors kontrolē ilgstošu skaldīšanas ķēdes reakciju, kurā katrs skaldīšanas notikums atbrīvo pietiekamu skaitu neitronu, lai uzturētu nepārtrauktu reakciju sēriju. Tas ir normāls kodolenerģijas ražošanas stāvoklis.
Degvielas stieņi kodolreaktorā ražo un zaudē nemainīgu neitronu skaitu, un kodolenerģijas sistēma ir stabila. Kodolenerģijas tehniķiem ir ieviestas procedūras, dažas no tām ir automatizētas, ja rodas situācija, kad tiek ražots un zaudēts vairāk vai mazāk neitronu.
Dalīšanās rada lielu daudzumu enerģijas ļoti liela siltuma un starojuma veidā. Tāpēc reaktori ir izvietoti konstrukcijās, kas noslēgtas zem bieziem metāla dzelzsbetona kupoliem. Elektrostacijas izmanto šo enerģiju un siltumu, lai ražotu tvaiku, lai darbinātu ģeneratorus, kas ražo elektrību.
Kritiskuma kontrole
Kad reaktors tiek iedarbināts, neitronu skaits tiek lēnām palielināts kontrolētā veidā. Neitronu ražošanas kalibrēšanai izmanto neitronus absorbējošus vadības stieņus reaktora serdeņos. Vadības stieņi ir izgatavoti no neitronus absorbējošiem elementiem, piemēram, kadmija, bora vai hafnija.
Jo dziļāk stieņi tiek nolaisti reaktora aktīvā, jo vairāk neitronu stieņi absorbē un notiek mazāka skaldīšanās. Tehniķi ievelk vai nolaiž vadības stieņus reaktora aktīvā atkarībā no tā, vai ir vēlama lielāka vai mazāka skaldīšanās, neitronu ražošana un jauda.
Ja rodas darbības traucējumi, tehniķi var attālināti iegremdēt vadības stieņus reaktora aktīvajā zonā, lai ātri uzsūktu neitronus un izslēgtu kodolreakcija.
Kas ir superkritiskums?
Iedarbināšanas laikā kodolreaktors uz īsu brīdi tiek novietots stāvoklī, kas rada vairāk neitronu, nekā tiek zaudēts. Šo stāvokli sauc par superkritisko stāvokli, kas ļauj palielināt neitronu populāciju un ražot vairāk enerģijas.
Kad tiek sasniegta vēlamā jaudas ražošana, tiek veiktas korekcijas, lai reaktors nonāktu kritiskā stāvoklī, kas uztur neitronu līdzsvaru un enerģijas ražošanu. Reizēm, piemēram, apkopes slēgšanu vai degvielas uzpildīšanu, reaktori tiek novietoti subkritiskā stāvoklī, lai neitronu un enerģijas ražošana samazinās.
Tālu no satraucošā stāvokļa, ko norāda tās nosaukums, kritiskums ir vēlams un nepieciešams stāvoklis atomelektrostacijai, kas ražo konsekventu un vienmērīgu enerģijas plūsmu.