Un reattore nucleare è un’attrezzatura scientifica progettata per generare reazioni a catena controllate di elementi fissili come l’uranio. I reattori nucleari possono essere utilizzati per una serie di scopi, tra cui la generazione di energia elettrica, la produzione di combustibili nucleari e la ricerca scientifica. Reattori nucleari di vari modelli si possono trovare in molte regioni del mondo, dai laboratori scientifici negli Stati Uniti alla campagna francese, con i francesi che si affidano all’energia nucleare per circa il 75% del loro fabbisogno energetico a partire dal 2009.
I reattori nucleari si basano su un processo noto come fissione, che si verifica quando un elemento pesante assorbe un neutrone e si rompe in due elementi più leggeri. Nel processo, l’elemento rilascia energia. In una reazione di fissione controllata, questa energia può essere sfruttata per varie attività e persuasa a stabilire una reazione a catena che incoraggi anche il resto dell’elemento fissile a rompersi. Una reazione incontrollata crea una bomba nucleare.
All’interno di un reattore nucleare, le barre di combustibile costituite da un elemento fissile sono inserite in un moderatore, un materiale che rallenterà i neutroni per favorire la fissione. L’operatore del reattore nucleare può controllare la reazione con l’uso di barre di controllo, barre realizzate con materiali che assorbono neutroni. Quando le barre vengono abbassate nel nocciolo del reattore con il combustibile, assorbono i neutroni, rallentando o arrestando il processo di fissione, e quando vengono sollevate, consentono alle barre di combustibile di assorbire i neutroni e subire la fissione. Periodicamente, le barre di combustibile si esauriscono e devono essere sostituite con combustibile nuovo, mentre il combustibile esaurito deve essere smaltito con cura per evitare di generare inquinamento.
Il reattore nucleare richiede anche un refrigerante per trasferire il calore lontano dal nocciolo del reattore. Il calore, un sottoprodotto della fissione, potrebbe infatti essere l’obiettivo degli operatori del reattore, perché può essere utilizzato per generare elettricità generando vapore che spingerà le turbine. Quando un reattore nucleare viene utilizzato per la ricerca scientifica, il calore può essere un sottoprodotto indesiderabile, sebbene alcuni reattori siano progettati sia per la ricerca che per la generazione elettrica per la massima efficienza.
Un numero enorme di sistemi è coinvolto nel controllo e nel contenimento di un reattore nucleare. Il rischio intrinseco di creare una reazione controllata è che la reazione possa precipitare fuori controllo. Questa preoccupazione viene affrontata con numerosi dispositivi di sicurezza e tecnologie di sicurezza progettate per mantenere il reattore in funzione in sicurezza. Relativamente pochi incidenti gravi si sono verificati con i reattori nucleari e quelli che tendono a verificarsi nei reattori più vecchi con infrastrutture di supporto insufficienti.