I reattori nucleari possono essere classificati in diversi modi: in base al tipo di reazione nucleare, al materiale moderatore utilizzato, al refrigerante utilizzato, alla generazione del reattore, alla fase del combustibile, al tipo di combustibile e all’uso. Contando i reattori di ricerca, ne esistono migliaia in tutto il mondo, che rientrano in molte categorie diverse. In questo articolo esaminerò gli schemi di classificazione dei reattori nucleari uno alla volta.
In questo articolo stiamo guardando solo i reattori nucleari a fissione, cioè i reattori che rompono i nuclei, piuttosto che i reattori a fusione, che li fondono insieme. I reattori a fusione sono ancora una tecnologia altamente sperimentale nelle prime fasi di sviluppo, mentre i reattori a fissione sono in uso da oltre 60 anni.
Il tipo di reazione nucleare si riferisce generalmente al fatto che il reattore nucleare utilizzi neutroni lenti (termici) o neutroni veloci. La maggior parte dei reattori che impiegano neutroni veloci rientrano nella categoria dei reattori autofertilizzanti veloci, mentre la maggior parte dei reattori che utilizzano neutroni lenti sono chiamati reattori termici. I reattori termici sono i più economici e comuni, soprattutto perché possono utilizzare uranio naturale non arricchito. I neutroni nei reattori termici sono indicati come “lenti” perché il reattore utilizza un materiale moderatore per decelerare i neutroni dalla loro velocità naturale quando vengono espulsi dai nuclei atomici rotti, che è abbastanza veloce, più vicino alla velocità e al calore del mezzo combustibile circostante . I reattori a neutroni veloci sono più costosi e richiedono un maggiore arricchimento del combustibile, il che li rende meno popolari. D’altra parte, creano più carburante di quello che consumano, rendendoli attraenti a lungo termine.
Il materiale moderatore è il secondo schema di classificazione per i reattori nucleari. Come affermato in precedenza, solo i reattori nucleari termici utilizzano i moderatori, quindi questo copre solo quelli. Grafite, acqua pesante e acqua normale sono tutti usati come moderatori. I reattori a grafite e ad acqua pesante sono più popolari perché questi materiali moderati termicizzano meglio i neutroni, garantendo che l’uranio naturale possa essere utilizzato e non sia necessario alcun arricchimento.
Il prossimo schema di classificazione si basa sulla generazione. I reattori di prima generazione sono stati i primi prototipi di reattori, tipicamente unici nel loro genere. I reattori di seconda generazione sono stati realizzati per uso commerciale e basati su progetti standard. Questi sono entrati in uso durante gli anni ’50. I reattori di terza generazione sono più moderni, entrando in uso alla fine degli anni ’90. Sono più leggeri ed efficienti rispetto alla generazione precedente. La nuova generazione, i reattori di quarta generazione, sono attualmente in fase di ricerca e non dovrebbero essere lanciati fino alla fine degli anni 2020 o all’inizio degli anni ‘2030. Questi reattori saranno molto economici e produrranno rifiuti minimi.
Un altro tipo di classificazione è la fase del combustibile: liquido, solido o gas. Il solido è il più tipico. Insieme alla fase arriva il tipo di combustibile: uranio o torio. Questi sono gli unici due elementi pronti per il reattore disponibili in quantità sostanziali sulla Terra.
L’ultima classificazione si basa sull’uso: per centrali elettriche, propulsione, produzione di combustibile nucleare (reattori autofertilizzanti) o reattori di ricerca. Anche i generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG) vengono talvolta inseriti nei reattori nucleari, sebbene siano in qualche modo diversi. Gli RTG generano energia dal decadimento di un isotopo radioattivo.
E questo è tutto. Esistono modi più specifici per caratterizzare i reattori nucleari e numerosi progetti a vari stadi di sviluppo, ma la quantità di materiale scritto sui tipi di reattori nucleari potrebbe probabilmente riempire una piccola libreria.