Hva er kritikk i et kjernekraftverk?

Når den atomsplittende reaktoren til en kjernekraft anlegget fungerer normalt, det sies å være "kritisk" eller i en tilstand av "kritisk". Det er en nødvendig tilstand for prosessen når essensiell elektrisitet produseres.

Å bruke begrepet "kritikk" kan virke kontraintuitivt som en måte å beskrive normalitet på. I daglig tale beskriver ordet ofte situasjoner med potensial for katastrofe.

I atomkraftsammenheng indikerer kritikalitet at en reaktor fungerer trygt. Det er to begreper knyttet til kritikalitet - superkritisk og subkritisk, som begge også er normale og essensielle for riktig kjernekraftproduksjon.

Atomreaktorer bruker uran brenselstaver – lange, slanke metallrør av zirkonium som inneholder pellets av spaltbart materiale for å skape energi gjennom fisjon. Fisjon er prosessen med å splitte kjernene til uranatomer for å frigjøre nøytroner som igjen deler flere atomer og frigjør flere nøytroner.

Kritisk betyr at en reaktor kontrollerer en vedvarende fisjonskjedereaksjon, der hver fisjonshendelse frigjør et tilstrekkelig antall nøytroner til å opprettholde en pågående rekke reaksjoner. Dette er den normale tilstanden for kjernekraftproduksjon.

Drivstoffstaver inne i en atomreaktor produserer og mister et konstant antall nøytroner, og atomenergisystemet er stabilt. Kjernekraftteknikere har prosedyrer på plass, noen av dem automatiserte, i tilfelle det oppstår en situasjon der flere eller færre nøytroner produseres og går tapt.

Fisjon produserer mye energi i form av svært høy varme og stråling. Det er derfor reaktorer er plassert i strukturer forseglet under tykke metallarmerte betongkupler. Kraftverk utnytter denne energien og varmen for å produsere damp for å drive generatorer som produserer elektrisitet.

Når en reaktor starter opp, økes antallet nøytroner sakte på en kontrollert måte. Nøytronabsorberende kontrollstaver i reaktorkjernen brukes til å kalibrere nøytronproduksjon. Kontrollstengene er laget av nøytronabsorberende elementer som kadmium, bor eller hafnium.

Jo dypere stavene senkes ned i reaktorkjernen, jo flere nøytroner absorberer stavene og jo mindre fisjon oppstår. Teknikere trekker opp eller senker kontrollstavene inn i reaktorkjernen avhengig av om det ønskes mer eller mindre fisjon, nøytronproduksjon og kraft.

Skulle det oppstå en funksjonsfeil, kan teknikere fjernstyre styrestenger inn i reaktorkjernen for raskt å suge opp nøytroner og slå av kjernefysisk reaksjon.

Ved oppstart settes atomreaktoren kort i en tilstand som produserer flere nøytroner enn det går tapt. Denne tilstanden kalles den superkritiske tilstanden, som lar nøytronpopulasjonen øke og mer kraft produseres.

Når ønsket kraftproduksjon er nådd, gjøres justeringer for å sette reaktoren i den kritiske tilstanden som opprettholder nøytronbalansen og kraftproduksjonen. Til tider, som for vedlikeholdsstans eller tanking, plasseres reaktorer i en subkritisk tilstand, slik at nøytron- og kraftproduksjonen avtar.

Langt fra den bekymringsfulle tilstanden som navnet antyder, er kritikalitet en ønskelig og nødvendig tilstand for et atomkraftverk som produserer en konsistent og jevn strøm av energi.