Funtsean, erreaktore nuklearra erregai nuklearraren fisioa gertarazteko, kontrolatzeko eta askatzen den beroa fluido bati transmitituz kanporatzeko aukera ematen gailua da (fisio nuklear).

Era askotako erreaktoreak daude, eta hiru irizpideren arabera sailka daitezke: lehena, erreaktorea zertarako erabiltzen den; bigarrena, fisio eragiteko erabiltzen diren neutroien energia-maila; azkenik, erreaktorean erabiltzen den moderatzailearen edo hozgarriaren arabera.

Erabileraren arabera, bi erreaktore-mota ditugu: potentzia-erreaktoreak (energia erabilgarria lortzeko erabiltzen direnak) eta ikerkuntza-erreaktoreak (helburutzat isotopoak lortzea, materialen saiakuntzak egiteaeta abar izan dezaketenak). Potentzia-erreaktoreen artean, energia elektrikoa ekoizteko erreaktoreak dira erabilienak. Beste erabilera-mota bat propultsioa da, zenbait urpekotan eta izotz-haustekotan erabiltzen dena. Azkenik, potentzia-erreaktore berezi batzuk badaude, erregai nukleartzat erabil daitezkeen material fisionagarriak ekoizten dituztenak (erreaktore birsortzaileak).

Fisioa eragiteko neutroien energia-mailaren arabera, erreaktore termikoak eta erreaktore lasterrak ditugu, neutroi geldo edo termikoak edo neutroi lasterrak erabiltzen diren. Potentzia-erreaktoreak lasterrak zein termikoak izan daitezke, baina erreaktore birsortzaileak lasterrak dira beti.

Moderatzailearen eta hozgarriaren arabera bereizi ohi dira erreaktore-modeloak (presio handiko ura, ur irakina, ur astuna, gasa…). Aurrerago aztertuko ditugu xeheago.

Egitura eta funtzionamendua

Erregai nuklearra

Fisionatzen den isotopoa duen materiala da. Potentzia-erreaktore gehienetan, uranioa edo uranio-konposatuak erabiltzen dira. Erreaktore batzuetan, uranio-konposatuez gain, plutonio-konposatuak ere erabiltzen dira, eta badira, azkenik, uranio- eta torio-konposatuak erabiltzen dituzten bakar batzuk. Isotopo erabiliena uranio-235 delakoa da (neutroi termikoz fisionatzen dena). Gehienetan, uranio aberastua behar izaten da, kate-erreakzioak kritikotasuna erdiets dezan (kate-erreakzio). Erreaktore batzuek (CANDU motakoek) uranio naturala erabiltzen dute. Erreaktore birsortzaileetan, uranioaz gain, plutonio-239 erabiltzen da.

Erregai nuklearra erregai-multzo izeneko egituretan antolatzen da, eta horren barnean, erregai nuklearra bera duten hainbat zorrotan. Zorroaren eginkizunak dira erregaia erraz erabili ahal izatea, ihesik gerta ez dadin ingurunetik isolatzea eta moderatzaile eta hozgarriarekin kontaktu-azalera handiagoa izatea.

Moderatzailea

Moderatzailea erreaktore termikoetan erabiltzen da, fisioan askatzen diren neutroi lasterrak neutroi geldo edo termiko bihurtzeko. Horretarako, neutroia xurgatu gabe, haren energia-maila beheratu behar du. Gairik erabilienak ur arrunta, ur astuna eta grafitoa dira.

Erregai nuklearra eta moderatzailea biltzen dituen egiturari gune deritzo.

Bero-sorkuntza eta hoztea

Fisioaren ondoriozko energia fisio-zatien energia zinetikoa da nagusiki. Inguruneko gaiek berehala moteldu edo geldiarazten dituzte, eta energia zinetiko gehiena bero-energia bihurtzen da. Beste bi energia-iturriak gamma erradiazioa eta fisio-produktuen desintegrazio erradioaktiboa dira.

Fisioan askatzen den bero-energia xurgatzen duen gaia hozgarria da, eta zirkuitu itxian dabilen fluidoa da. Hozgarri erabilienak ur arrunta, ur astuna, helioa eta karbono dioxidoa dira; erreaktore birsortzaileetan, metal likidoa (sodioa). Beroa xurgatu ondoren, hozgarriak, gehienetan, bero-trukagailuaren bitartez beste zirkuitu bateko fluido bati, normalean urari, transmititzen dio. Ondorioz, ura lurrundu eta lurruna sorgailu bati eragiten dion lurrun-turbinara bideratzen da. Beste batzuetan, bi zirkuitu antolatu beharrean, zirkuitu bakarra dago eta erreaktorearen gunea hozten duen hozgarriak berak birarazten du turbina (zentral nuklear).

Kontrol-barrak

Kontrol-barren bidez, fisio-erreakzioaren abiadura kontrola daiteke, edo, behar denean, erreakzioa geldiarazi eta abiarazi. Neutroiak ondo xurgatzen dituzten materialez eginak dira, normalean boro edo kadmiozkoak. Erreaktorearen gunean sartu eta irteteko mekanismoen bidez, erreakzioa bizkortu, moteldu edo erabat gelditzeko aukera ematen dute. Bete beharreko eginkizunaren arabera, kontrol-barra desberdinak egoten dira.

Erreaktore-ontzia

Erreaktorearen osagaiak ontzi-moduko estalki baten barnean daude. Horren barnetik, hozgarriak zirkulatzen du, eta kontrol-barrak higitzeko aukera dago. Erreaktorearen osagaien eta bero-energia aprobetxatzeko sistemaren arabera egokiak diren presioa eta tenperatura mantentzen ditu.

Erreaktore nuklear motak

Hona hemen jarraian azalduko ditugun erreaktore-moten ezaugarriak:

Gaur egungo potentzia-erreaktore motak (iturria: EVE-EEEren Energiaren Hiztegi Entziklopedikoa)

Ur presurizatuko erreaktorea (PWR)

Erreaktore erabiliena da. Hozgarria eta moderatzailea presio handiko ur arrunta da. Presioak ura beti likido, irakin gabe, egoteko adinakoa behar du izan. Lehen zirkuitu honetako ur presurizatuaren beroa bigarren zirkuitu bateko urari transmititzen zaio lurrun-sorgailuan. eraz, erreaktorearen gunearekin kontaktuan dagoen ura turbinara ez doan zirkuitu itxian dabil. Urak presiopean ibili behar duenez, erreaktorearen ontziaren hormek BWRean baino lodiago behar dute izan. Kontrol-barrak gainaldetik sartzen dira.

Ur presurizatuko erreaktorea (PWR) (iturria: EVE-EEEren Energiaren Hiztegi Entziklopedikoa)

Ur irakineko erreaktorea (BWR)

PWRaren ondoren, zentral nuklearretan gehien erabiltzen den erreaktorea da. Hozgarria eta moderatzailea erreaktore-ontziaren barnean dirakien ur arrunta da Erreaktore-ontziko presioa PWRekoaren erdia izaten da gutxi gorabehera (7 MPa). Ontziaren goialdean biltzen den lurruna bera da turbina birarazteko erabiltzen dena, tarteko lurrun-sorgailurik gabe. Kontrol-barrak, berriz, behealdetik erabili ohi dira, goian lurruna uretatik bereizi eta kanporantz bideratzeko egiturak daudelako.

Ur astuneko erreaktorea (CANDU)

Ur astuna da hozgarria eta moderatzailea. Bereizgarri nagusietakoa erregaitzat uranio oxido naturala erabiltzea da, hau da, erregaiak ez du aberaste-prozesurik behar. Ur arrunteko erreaktoreetan ez bezala, hozgarriaren eta moderatzailearen zirkuituak bereiziak dira. Moderatzailea presio atmosferikoan dago eta hozgarria, berriz, irakitea eragozten duen presio handiko zirkuituan dabil. Erregai-multzoak hodi horizontalen barruan sartzen dira eta hodi horietan barrena dabil hozgarria. Beste ezaugarri garrantzitsu bat erregaia kendu eta jartzeko erreaktorea gelditu behar ez izatea da. Kontrol-barrak goialdetik sartzen dira.

Gasez hoztutako grafito-erreaktorea (Magnox eta kidekoak)

Erregaia uranio naturala da, moderatzailea grafitoa eta hozgarria karbono dioxidoa. Gunea erregai nuklearra sartzeko kanal bertikalak dituen grafitozko egitura da. Erregai-zorroa magnesio-aleaziozkoa da (Erresuma Batuan, aleazio horren izen komertziala Magnox da). Hozgarria egitura horren behealdetik sartu eta goialdetik irteten da, eta gunearen ondoan dauden bero-trukagailuetatik dabilen ura lurrunarazten du. Horiek denak hormigoizko edo altzairuzko egitura presurizatu batean sarturik daude.

Gasez hoztutako erreaktore aurreratua (AGR)

Magnox erreaktoreetatik eratorritakoa da. Bien arteko alde nagusia erregai-atalen osaera da: erregaia uranio oxido gutxi aberastua da (% 2) eta zorroa altzairu herdoilgaitzezkoa da.

Gasez hoztutako tenperatura altuko erreaktorea (HTGR)

Erregaia uranio aberastuaren karburoaren eta torio karburoaren nahastea da, moderatzailea grafitoa eta hozgarria presiopeko helioa. Hozgarria gunetik oso tenperatuta altuan irteten da (770 °C), eta gas-turbina bati zuzenean eragiten dio.

RBMK

Sobiet Batasunean garatutako erreaktorea da. Erregaia uranio oxido gutxi aberastua da (% 1,8), moderatzailea grafitoa eta hozgarria ur arrunta. Gunea grafitozko egitura da eta horren barnean erregaia duten hodiak eta hozgarriaren zirkuituko hodiak daude, zirkonio-niobiozkoak biak ere. Presiopeko ura behetik sartzen da gunean, irakin egiten du eta irtendakoan turbinara doa. Txernobilgo zentraleko erreaktore nuklearrak mota honetakoak dira.

Metal likidozko erreaktore birsortzaile lasterra (LMFBR)

Erreaktore birsortzaileetan, nukleo batek neutroi bat harrapatu eta nukleo fisionagarri berria eratzen du, hau da, erreaktorean material fisionagarria sortzen da. Horrelako nukleo fisionagarriak eman ditzaketen espezieei material emankor deritze eta erabiliena naturan uranio-isotopo ugariena den uranio-238a da, neutroia harrapatzean plutonio-239a ematen duena. Gertakari hori neutroi lasterrek eragin dezakete eta, hortaz, erreaktore birsortzaileetan ez da moderatzailerik erabiltzen. Gehienetan, erreaktore hauek potentzia-erreaktore gisa ere funtzionatzen dute, erregaitzat material emankorrak eratzen duen espezie bera erabiliz. Erreaktore birsortzaile laster erabilienean, hozgarria sodio likidoa da.

Lan egiteko moduaren arabera, erreaktoreak ez-jarraitu, erdijarraitu eta jarraitu gisa sailkatzen dira. Erreaktore ez-jarraituetan, erreakzionatzaile guztiak erreaktorera sartzen dira, erreakzio kimikoa gertatzen da, eta, ondoren, produktuak ateratzen dira. Tanga-itxurako erreaktore irabiagailudunak dira. Produkzio txikiak lortzeko erabiltzen dira industrian.

Erreaktore jarraituetan, erreakzionatzaileen korronteak jarraituki sartu eta produktuak jarraituki ateratzen dira. Tanga- zein hodi-itxurako erreaktoreak erabiltzen dira. Tanga-erreaktoreetan nahastea dago, eta egoera idealean erabateko nahastea gertatzen da sartzen diren erreakzionatzaileen eta erreaktorean dagoen nahastearen artean. Nahaste perfektuko tanga-erreaktore jarraitu izenarekin ezagutzen dira. Hodi-erreaktoreetan, aldiz, erreakzionatzaileak hodian zehar erreakzionatuz doaz, eta egoera idealean ez dago inongo nahasterik. Pistoi-fluxuko hodi-erreaktore deritze. Produkzio handietarako erabiltzen dira.

Erreaktore erdijarraituetan, era jarraituan elikatzen da erreaktorea erreakzionatzaile batez. Tanga-itxurakoak dira, eta erreakzioaren kontrol ona (erreakzioa oso exotermikoa delako edota produktuaren ezaugarri bereziak nahi direlako) nahi denean erabiltzen dira.

Erreaktore kimiko motak

Erreaktorean dauden faseen arabera, erreaktoreak homogeneoak ala heterogeneoak dira. Fase bakarra badute, homogeneoak dira, eta gorago aipatutako erreaktore-motak erreakzionatzaileak harremanetan jartzeko modu desberdinak dira. Erreaktore heterogeneoen kasuan, fase bat baino gehiago dago (gas-solido edo likido-solido, eskuarki). Ohantze finkoko zein fluidizatutako erreaktore jarraituak erabiltzen dira azken kasu horretan. Ohantzea erreakzionatzaileak edo katalizatzaileak diren partikula solidoz osatua dago, eta horretan zehar erreakzioan parte hartzen duen fluidoa pasarazten da.