Když reaktor na štěpení atomů a jaderná energie elektrárna funguje normálně, říká se, že je „kritická“ nebo ve stavu „kritickosti“. Je to nezbytný stav pro proces, kdy se vyrábí nezbytná elektřina.
Použití termínu „kritičnost“ se může zdát kontraintuitivní jako způsob popisu normálnosti. V běžném jazyce toto slovo často popisuje situace s potenciálem katastrofy.
V souvislosti s jadernou energií kritičnost naznačuje, že reaktor funguje bezpečně. S kritičností souvisí dva pojmy – superkritičnost a podkritičnost, které jsou oba také normální a nezbytné pro správnou výrobu jaderné energie.
Kritika je vyvážený stav
Použití jaderných reaktorů uran palivové tyče – dlouhé, štíhlé, zirkonové kovové trubky obsahující pelety štěpitelného materiálu k výrobě energie prostřednictvím štěpení. Štěpení je proces štěpení jader atomů uranu za uvolnění neutronů, které zase štěpí více atomů a uvolňují více neutronů.
Kritičnost znamená, že reaktor řídí trvalou řetězovou štěpnou reakci, kdy každá štěpná událost uvolňuje dostatečný počet neutronů k udržení probíhající série reakcí. To je normální stav výroby jaderné energie.
Palivové tyče uvnitř jaderného reaktoru produkují a ztrácejí konstantní počet neutronů a jaderný energetický systém je stabilní. Technici jaderné energetiky mají zavedené postupy, některé z nich automatizované, pro případ, že by nastala situace, kdy by se vyprodukovalo a ztratilo více nebo méně neutronů.
Štěpení produkuje velké množství energie ve formě velmi vysokého tepla a záření. To je důvod, proč jsou reaktory umístěny v konstrukcích utěsněných pod silnými kovem vyztuženými betonovými kopulemi. Elektrárny využívají tuto energii a teplo k výrobě páry pro pohon generátorů, které vyrábějí elektřinu.
Kontrola kritičnosti
Když se reaktor spouští, počet neutronů se řízeným způsobem pomalu zvyšuje. Ke kalibraci produkce neutronů se používají regulační tyče absorbující neutrony v aktivní zóně reaktoru. Řídicí tyče jsou vyrobeny z prvků absorbujících neutrony, jako je kadmium, bor nebo hafnium.
Čím hlouběji jsou tyče spuštěny do aktivní zóny reaktoru, tím více neutronů tyče absorbují a tím méně dochází ke štěpení. Technici táhnou nahoru nebo dolů řídicí tyče do aktivní zóny reaktoru v závislosti na tom, zda je požadováno více nebo méně štěpení, produkce neutronů a energie.
Pokud by došlo k poruše, technici mohou na dálku ponořit řídicí tyče do aktivní zóny reaktoru, aby rychle pohltili neutrony a vypnuli jaderná reakce.
Co je to superkritickost?
Při spouštění je jaderný reaktor nakrátko uveden do stavu, kdy produkuje více neutronů, než je ztraceno. Tento stav se nazývá superkritický stav, který umožňuje nárůst populace neutronů a výrobu většího množství energie.
Když je dosaženo požadované výroby energie, provedou se úpravy tak, aby se reaktor uvedl do kritického stavu, který udržuje rovnováhu neutronů a výrobu energie. Občas, jako je odstávka v rámci údržby nebo doplňování paliva, jsou reaktory umístěny do podkritického stavu, takže produkce neutronů a energie klesá.
Daleko od znepokojivého stavu naznačeného jeho názvem, kritičnost je žádoucí a nezbytný stav pro jadernou elektrárnu produkující konzistentní a stálý proud energie.