437 3

11.3. ZASADA DZIAŁANIA I BUDOWA REAKTORÓW

należy wymiary rdzenia, stąd reaktory na uranie naturalnym charakteryzują się dużymi gabarytami. W celu ich zmniejszenia stosuje się uran wzbogacony (zawierający ponad 0,71% izotopu ^U), zapewniający mniejszy wychwyt neutronów przez izotop ²9fU.

Paliwo jądrowe ulega w czasie eksploatacji stopniowemu wypaleniu, jego wzbogacenie zmniejsza się, co powoduje konieczność okresowych przeładunków paliwa. Praktycznie nie jest możliwe całkowite wykorzystanie paliwa, tj. rozszczepienie wszystkich jąder znajdujących się w paliwie. Powodowane jest to przez zatrucie reaktora przez produkty rozszczepienia o dużym przekroju czynnym na absorpcję neutronów, uszkodzenia radiacyjne materiału paliwowego i reakcje chwytu radiacyjnego. Miarą efektywności wykorzystania paliwa jądrowego jest tzw. wypalenie, czyli ilość energii uzyskanej z jednostki masy paliwa, liczonej w mega-watodniach na 1 kg paliwa (MW • d/kg). Osiągane w eksploatowanych dziś reaktorach wartości wypalenia zawierają się w zależności od typu reaktora w granicach 4-f-100 MW -d/kg (0,35-e 8,65 TJ/kg).

Paliwo jądrowe zażywa się (wypala) w reaktorze tylko częściowo, zawiera więc po usunięciu z reaktora pewną ilość materiału rozszczepialnego i paliworod-nego. Paliwo takie, po kilkumiesięcznym przechowywaniu w tzw. basenach paliwa palonego, jest transportowane w specjalnych pojemnikach (jest ono źródłem promieniowania y) do zakładów przeróbki wypalonego paliwa. Podczas przeróbki odzyskuje się uran (zubożony), który po wzbogaceniu może być użyty ponownie do produkcji elementów paliwowych, oraz pluton, który może być wykorzystany w reaktorach na neutrony prędkie. Całkowite wykorzystanie paliwa wymaga wielokrotnego jego przejścia przez reaktor i zakład przeróbki, a zjawisko krążenia paliwa jądrowego nosi nazwę cyklu paliwowego.

11.3.4. Reaktory prędkie

Rozszczepienia jąder w reaktorze prędkim są wywoływane przez neutrony prędkie o energii 0,05 -e 0,1 MeV. Aby mogło to nastąpić, czysta substancja rozszczepialna musi mieć taką gęstość, przy której zaabsorbuje neutrony, zanim zdążą one uciec z paliwa.

Paliwami w reaktorach prędkich mogą być więc paliwa wysokowzbogacone lub izotopy rozszczepialne. Rdzeń reaktora jest załadowany materiałem rozszczepialnym (²92U, ²92U lub ²94Pu) oraz materiałem paliworodnym ²j)U lub ²jjTh. Materiały paliworodne, pochłaniając neutrony, przekształcają się w materiały rozszczepialne według reakcji (11.4) lub (11.5). Reaktory prędkie zapewniają korzystne warunki do reakcji powielania paliwa, w której można otrzymać więcej substancji rozszczepialnej od jej wielkości wyjściowej. To stwarza możliwość zaspokojenia zapotrzebowania na energię pierwotną paliw jądrowych przez setki lat, przy danych rezerwach światowych tego surowca energetycznego. Reaktory prędkie działają bez moderatora, zatem rdzeń reaktora ma wymiary znacznie mniejsze od

437