Wanneer de atoomsplitsingsreactor van a kernenergie fabriek normaal werkt, wordt gezegd dat deze "kritiek" is of in een staat van "kritiek" verkeert. Het is een noodzakelijke toestand voor het proces wanneer essentiële elektriciteit wordt geproduceerd.
Het gebruik van de term 'kritiek' lijkt misschien contra-intuïtief als een manier om normaliteit te beschrijven. In het dagelijkse spraakgebruik beschrijft het woord vaak situaties met potentieel voor rampen.
In de context van kernenergie geeft kritikaliteit aan dat een reactor veilig werkt. Er zijn twee termen die verband houden met kriticiteit: superkritisch en subkritisch, die beide ook normaal en essentieel zijn voor een goede opwekking van kernenergie.
Kritiek is een evenwichtige staat
Kernreactoren gebruiken uranium splijtstofstaven - lange, slanke buizen van zirkoniummetaal die pellets van splijtbaar materiaal bevatten om energie te creëren door splijting. Splijting is het proces waarbij de kernen van uraniumatomen worden gesplitst om neutronen vrij te maken die op hun beurt meer atomen splitsen, waardoor meer neutronen vrijkomen.
Kritiek betekent dat een reactor een aanhoudende kettingreactie van splijting controleert, waarbij elke splijtingsgebeurtenis een voldoende aantal neutronen vrijgeeft om een doorlopende reeks reacties in stand te houden. Dit is de normale toestand van de opwekking van kernenergie.
Brandstofstaven in een kernreactor produceren en verliezen een constant aantal neutronen, en het kernenergiesysteem is stabiel. Kernenergietechnici beschikken over procedures, waarvan sommige geautomatiseerd, voor het geval zich een situatie voordoet waarin meer of minder neutronen worden geproduceerd en verloren gaan.
Bij splijting komt veel energie vrij in de vorm van zeer hoge warmte en straling. Daarom zijn reactoren ondergebracht in constructies die zijn afgedicht onder dikke met metaal versterkte betonnen koepels. Energiecentrales gebruiken deze energie en warmte om stoom te produceren om generatoren aan te drijven die elektriciteit produceren.
Kritiek beheersen
Bij het opstarten van een reactor wordt het aantal neutronen langzaam en gecontroleerd opgevoerd. Neutronenabsorberende regelstaven in de reactorkern worden gebruikt om de neutronenproductie te kalibreren. De regelstaven zijn gemaakt van neutronenabsorberende elementen zoals cadmium, boor of hafnium.
Hoe dieper de staven in de reactorkern worden neergelaten, hoe meer neutronen de staven opnemen en hoe minder splijting optreedt. Technici trekken de regelstaven omhoog of omlaag in de reactorkern, afhankelijk van of meer of minder splijting, neutronenproductie en vermogen gewenst zijn.
Mocht er zich een storing voordoen, dan kunnen technici op afstand regelstaven in de reactorkern steken om snel neutronen op te zuigen en de Nucleaire reactie.
Wat is superkritiek?
Bij het opstarten wordt de kernreactor kort in een toestand gebracht die meer neutronen produceert dan er verloren gaan. Deze toestand wordt de superkritische toestand genoemd, waardoor de neutronenpopulatie kan toenemen en meer vermogen kan worden geproduceerd.
Wanneer de gewenste stroomproductie is bereikt, worden aanpassingen gedaan om de reactor in de kritieke toestand te brengen die de neutronenbalans en de stroomproductie in stand houdt. Soms, zoals voor onderhoudsstop of bijtanken, worden reactoren in een subkritische toestand geplaatst, waardoor de neutronen- en stroomproductie afnemen.
Verre van de zorgwekkende toestand die door de naam wordt gesuggereerd, is kriticiteit een wenselijke en noodzakelijke toestand voor een kerncentrale die een consistente en gestage stroom van energie produceert.