Nuklearni reaktori Pripremio: Varga Ištvan HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA varga.i@neobee.net

Nuklearni reaktor Nuklearni reaktori su posebni uređaji u kojima se odvijaju kontrolisane nuklearne reakcije. Mogu biti: - homogeni i - heterogeni

U heterogenim reaktorima u obliku posebnih poluga (šipki). U homogenim reaktorima nuklearno gorivo se nalazi u obliku rastvora ili praha. U heterogenim reaktorima u obliku posebnih poluga (šipki). Kao gorivo, u nukleanim reaktorima se koriste: - uranijumovi izotopi (obogaćeni izotopom 235U), - plutonijum, a ponekad i - torijum.

Reaktor je proradio u Čikagu 1942. godine Prvi reaktor je konstruisao Enriko Fermi. Reaktor je proradio u Čikagu 1942. godine (1901-1954) Nobelova nagrada iz fizike 1938. godine

Šema reaktora 1- nuklearno gorivo 2- moderator (usporivač neutrona) 3- apsorber neutrona 4- sredstvo za hlađenje 5- reflektor neutrona 6- zaštitni zid 7- eksperimentalni kanali

Deo energije oslobođene u reakciji, ispoljava se u vidu toplote, koja se može odvoditi iz nuklearnog reaktora i iskoristiti za pokretanje raznih toplotnih mašina (npr. parnih turbina). Parne turbine mogu pokretati generatore za proizvodnju električne struje.

10- turbina visokog pritiska 11- turbina niskog pritiska 12- generator

Pomoću moderatora smanjuje se energija neutrona koji nastaju u fisionom procesu. Time se povećava njihova efikasnost u izazivanju fisije. Kao usporivač se primjenjuje grafit, deuterijum (u vidu teške vode), jedinjenja berilijuma. Reflektori neutrona imaju ulogu da vraćaju neutrone, koji su napustili aktivnu zonu reaktorskog jezgra, tako da oni mogu i dalje učestvovati u fisiji.

Pomoću apsorbera neutrona u obliku šipki napravljene od bora ili kadmijuma, kontroliše se režim rada i sprečava pregrevanje reaktora, usled velike količine toplotne energije oslobođene u toku procesa. Kao sredstva za hlađenje mogu se koristiti obična ili teška voda ili druge supstance, koje imaju veliki toplotni kapacitet. Sistem za hlađenje se postavlja oko jezgra (aktivne zone) nuklearnog reaktora.

Prilikom fisije u nuklearnim reaktorima dolazi do oslobađanja gama-zračenja pa je potrebna zaštita. Kao zaštita obično se koristi specijalna vrsta betona ili zaštitni sloj vode. Debljina tih zaštitnih slojeva je takva da u okolinu reaktora ne propušta zračenje koje bi moglo ugroziti ljude oko reaktora. Jedna od najefikasnijih mera zaštite je automatizacija i robotizacija rada reaktora.

(na primer 100 tona urana može da služi kao gorivo 20 godina). Kad se nuklearno gorivo istroši, u reaktoru ostaju produkti raspadanja urana, koji sadrže niz korisnih radionuklida. Prednost atomskog reaktora nad drugim izvorima energije je u tome što on može da daje energiju dugi niz godina bez zamene goriva. (na primer 100 tona urana može da služi kao gorivo 20 godina).

Osim za dobijanje nuklearne energije, reaktor se koristi i za proizvodnju izotopa raznih elemenata. U tu svrhu uzorak za ozračavanje stavlja se u eksperimentalne kanale, i izlaže se neko vreme (nekoliko dana) dejstvu neutrona. Za to vreme, određen broj atoma uzorka pretvara se u radioaktivni nuklid, koji se upotrebljava u razne istraživačke svrhe.

Osim energije i radionuklida, iz reaktora se još mogu dobiti vrlo prodorni -zraci, koji se takođe koriste u istraživačke svrhe.

Primena radioaktivnih izotopa Radioaktivni izotopi našli su primenu u mnogim oblastima. Tako npr. izotopi 60Co (β− i -emiter, t1/2 = 5,3 god.) i 192Ir (β− i -emiter, t1/2 = 74 dana) kao -emiteri koriste se u medicini: - u terapiji raznih tumora, - za hladnu sterilizaciju, - za ispitivanje unutrašnjosti netransparentnih tela, - za ispitivanje varova i dr.

Radioaktivni obeleživači: služe da se prati kretanje nekog elementa kroz neki proces. Tako na primer: izotop 131J (β− i -emiter, t1/2 = 8,1 dan) se koristi u ispitivanju rada štitne žlezde, tricijum u molekulu vode (1H3HO) u istraživanjima reka-ponornica, 32P (β−emiter, t1/2 = 14,3 dana) za utvrđivanje distribucije fosfora u biljkama i dr. Takođe se primenjuju u pripremi mineralnih sirovina pri ispitivanju adsorpcijskih procesa na mineralima.

Neutronska aktivaciona analiza je metoda za kvantitativnu analizu kojom se može utvrditi koncentracija elemenata i kada je 10−8 do 10−11 g/g uzorka. Bombardovanjem uzorka neutronima dobijaju se radioaktivni izotopi prisutnih elemenata za koje se određuje vreme poluraspada, vrsta radioaktivnog zračenja i aktivnost, odnosno podaci na osnovu kojih se dolazi do njihove količine u uzorku.