Kernreaktoren können auf verschiedene Arten eingeteilt werden: nach Art der Kernreaktion, verwendetem Moderatormaterial, verwendetem Kühlmittel, Reaktorgeneration, Brennstoffphase, Brennstoffart und Verwendung. Wenn man die Forschungsreaktoren mitzählt, gibt es weltweit Tausende, die in viele verschiedene Kategorien fallen. In diesem Artikel werde ich die Klassifizierungsschemata von Kernreaktoren einzeln durchgehen.
In diesem Artikel betrachten wir nur Kernspaltungsreaktoren, d. h. Reaktoren, die Kerne auseinanderbrechen, und nicht Fusionsreaktoren, die sie miteinander verschmelzen. Fusionsreaktoren sind noch eine sehr experimentelle Technologie im frühen Entwicklungsstadium, während Spaltreaktoren seit über 60 Jahren im Einsatz sind.
Die Art der Kernreaktion bezieht sich im Allgemeinen darauf, ob der Kernreaktor langsame (thermische) Neutronen oder schnelle Neutronen verwendet. Die meisten Reaktoren, die schnelle Neutronen verwenden, fallen in die Kategorie der schnellen Brüter, während die meisten, die langsame Neutronen verwenden, als thermische Reaktoren bezeichnet werden. Thermische Reaktoren sind die billigsten und am häufigsten verwendeten, vor allem, weil sie natürliches, nicht angereichertes Uran verwenden können. Die Neutronen in thermischen Reaktoren werden als „langsam“ bezeichnet, weil der Reaktor ein moderierendes Material verwendet, um die Neutronen von ihrer natürlichen Geschwindigkeit zu verlangsamen, wenn sie aus zerbrochenen Atomkernen ausgestoßen werden, die ziemlich schnell ist, näher an der Geschwindigkeit und der Wärme des umgebenden Brennstoffmediums . Schnelle Neutronenreaktoren sind teurer und erfordern eine stärkere Anreicherung des Brennstoffs, was sie weniger beliebt macht. Andererseits erzeugen sie mehr Kraftstoff als sie verbrauchen, was sie längerfristig attraktiv macht.
Moderatormaterial ist das zweite Klassifizierungsschema für Kernreaktoren. Wie bereits erwähnt, verwenden nur thermische Kernreaktoren Moderatoren, so dass dies nur diese umfasst. Als Moderatoren werden Graphit, schweres Wasser und normales Wasser verwendet. Graphit- und Schwerwasserreaktoren sind beliebter, da diese moderierenden Materialien die Neutronen besser thermalisieren, wodurch sichergestellt wird, dass natürliches Uran verwendet werden kann und keine Anreicherung erforderlich ist.
Das nächste Klassifikationsschema basiert auf der Generation. Reaktoren der Generation I waren die ersten Prototypen von Reaktoren, die in der Regel einzigartig waren. Reaktoren der Generation II wurden für den kommerziellen Gebrauch hergestellt und basierten auf Standarddesigns. Diese kamen in den 50er Jahren zum Einsatz. Die Reaktoren der Generation III sind moderner und kommen Ende der 90er Jahre zum Einsatz. Sie sind leichter und effizienter als die Vorgängergeneration. Die neueste Generation, die Reaktoren der Generation IV, befinden sich derzeit in der Forschungsphase und werden voraussichtlich erst Ende der 2020er oder Anfang der 2030er Jahre eingeführt. Diese Reaktoren werden sehr wirtschaftlich sein und minimalen Abfall produzieren.
Eine andere Art der Klassifizierung ist die Brennstoffphase – flüssig, fest oder gasförmig. Solide ist am typischsten. Zusammen mit der Phase kommt die Art des Brennstoffs – Uran oder Thorium. Dies sind die einzigen beiden reaktorbereiten Elemente, die in nennenswerten Mengen auf der Erde verfügbar sind.
Die letzte Einteilung richtet sich nach der Verwendung – für Kraftwerke, Antriebe, die Herstellung von Kernbrennstoff (Brutreaktoren) oder Forschungsreaktoren. Radioisotope thermoelektrische Generatoren (RTG) werden manchmal auch in Kernreaktoren eingebaut, obwohl sie etwas anders sind. RTGs erzeugen Energie aus dem Zerfall eines radioaktiven Isotops.
Und das ist es. Es gibt spezifischere Methoden zur Charakterisierung von Kernreaktoren und zahlreiche Konstruktionen in verschiedenen Entwicklungsstadien, aber die Menge an schriftlichem Material über Kernreaktortypen könnte wahrscheinlich eine kleine Bibliothek füllen.