Quando il reattore a scissione atomica di a energia nucleare l'impianto funziona normalmente, si dice che sia "critico" o in uno stato di "criticità". È uno stato necessario per il processo quando viene prodotta l'elettricità essenziale.
Usare il termine "criticità" può sembrare controintuitivo come modo per descrivere la normalità. Nel linguaggio quotidiano, la parola descrive spesso situazioni con potenziale disastro.
Nel contesto dell'energia nucleare, la criticità indica che un reattore sta funzionando in sicurezza. Ci sono due termini relativi alla criticità: supercriticità e subcriticità, che sono entrambi normali ed essenziali per una corretta generazione di energia nucleare.
La criticità è uno stato equilibrato
I reattori nucleari usano uranio barre di combustibile: tubi lunghi e sottili in metallo di zirconio contenenti palline di materiale fissile per creare energia attraverso la fissione. La fissione è il processo di scissione dei nuclei degli atomi di uranio per rilasciare neutroni che a loro volta dividono più atomi, rilasciando più neutroni.
Criticità significa che un reattore sta controllando una reazione a catena di fissione sostenuta, in cui ogni evento di fissione rilascia un numero sufficiente di neutroni per mantenere una serie continua di reazioni. Questo è lo stato normale della produzione di energia nucleare.
Le barre di combustibile all'interno di un reattore nucleare producono e perdono un numero costante di neutroni e il sistema energetico nucleare è stabile. I tecnici dell'energia nucleare dispongono di procedure in atto, alcune delle quali automatizzate, nel caso in cui si verifichi una situazione in cui vengono prodotti e persi più o meno neutroni.
La fissione produce una grande quantità di energia sotto forma di calore e radiazione molto elevati. Ecco perché i reattori sono alloggiati in strutture sigillate sotto spesse cupole in cemento armato. Le centrali elettriche sfruttano questa energia e calore per produrre vapore per azionare generatori che producono elettricità.
Criticità di controllo
Quando un reattore si avvia, il numero di neutroni viene aumentato lentamente in modo controllato. Le barre di controllo che assorbono i neutroni nel nocciolo del reattore vengono utilizzate per calibrare la produzione di neutroni. Le barre di controllo sono costituite da elementi che assorbono neutroni come cadmio, boro o afnio.
Più in profondità le aste vengono calate nel nocciolo del reattore, più neutroni assorbono le aste e minore è la fissione. I tecnici tirano su o giù le barre di controllo nel nocciolo del reattore a seconda che si desideri più o meno fissione, produzione di neutroni e potenza.
In caso di malfunzionamento, i tecnici possono immergere a distanza le barre di controllo nel nocciolo del reattore per assorbire rapidamente i neutroni e spegnere il reazione nucleare.
Che cos'è la supercriticità?
All'avvio, il reattore nucleare viene messo brevemente in uno stato che produce più neutroni di quelli persi. Questa condizione è chiamata stato supercritico, che consente alla popolazione di neutroni di aumentare e di produrre più potenza.
Quando viene raggiunta la produzione di energia desiderata, vengono apportate modifiche per posizionare il reattore nello stato critico che sostiene l'equilibrio dei neutroni e la produzione di energia. A volte, come per l'arresto per manutenzione o per il rifornimento di carburante, i reattori vengono posti in uno stato subcritico, in modo che la produzione di neutroni e di energia diminuisca.
Lontano dallo stato preoccupante suggerito dal suo nome, la criticità è uno stato desiderabile e necessario per una centrale nucleare che produce un flusso di energia coerente e costante.