Dezvoltat începând cu anii ’50 în Canada, reactorul CANDU este un tip de reactor nuclear folosit în prezent în mai multe țări din lume pentru a genera electricitate, inclusiv în România, care are două unități CANDU 6 la Cernavodă, fiecare cu o putere de 700 MW. Prima a fost pusă în funcțiune în 1996, iar a doua în 2007. De aproape 20 de ani, cele două reactoare asigură aproximativ o cincime din electricitatea necesară României.
După seriile dedicate gazelor naturale și industriei eoliene din România, GreatNews a început o nouă serie de articole în cadrul proiectului editorial On/Off, dedicată energiei nucleare. În acest articol explicativ detaliem caracteristicile principale ale tehnologiei nucleare CANDU.
Ca să aflați când publicăm un articol nou din domeniul energiei vă așteptăm în grupul de WhatsApp On/Off și pe pagina de Facebook a proiectului.
Deși folosesc diverse tehnologii, toate reactoarele nucleare funcționează, în esență, la fel. Mai exact, combustibilul nuclear (în principal uraniu sau plutoniu) este bombardat cu neutroni pentru a determina o reacție de fisiune (spargere a nucleelor), reacție care generează foarte multă energie (căldură), care este apoi folosită pentru a produce abur. Ulterior, aburul este utilizat pentru a pune în mișcare turbine care produc electricitate (precum în majoritatea centralelor pe cărbune sau pe gaz).
Cu un prototip pus în funcțiune în 1962 în Canada, reactoarele CANDU au fost modernizate și îmbunătățite de-a lungul timpului, rămânând până astăzi unele dintre cele mai eficiente reactoare (permit alimentarea cu combustibil în timpul funcționării, fără să fie necesară oprirea centralelor, ceea ce le conferă un factor de capacitate ridicat, în medie de 88% pentru întreaga flotă de reactoare CANDU 6 din lume).
Acronimul CANDU vine de la CANada Deuterium Uranium și reflectă rolul cheie pe care îl are în această tehnologie deuteriul, un izotop al hidrogenului care, spre deosebire de cel obișnuit ce are doar 1 proton, are atât 1 proton, cât și 1 neutron (de unde și numele de „hidrogen greu”). În combinație cu oxigenul, deuteriul formează așa-numita „apă grea”, ce este folosită ca moderator de neutroni în reactoarele CANDU. Aceasta este, de altfel, o caracteristică tipică tehnologiei CANDU, ce permite folosirea uraniului natural (nu îmbogățit, cum se întâmplă în majoritatea reactoarelor nucleare).
Faptul că reactorul CANDU utiliza uraniu natural, nu îmbogățit, a fost unul dintre motivele principale pentru care autoritățile comuniste au ales această tehnologie în anii ’70.
În acea perioadă, România a negociat atât cu Canada, cât și cu URSS, având de optat între reactorul sovietic VVER (Voda Voda Energo Reactor) și cel canadian. În cele din urmă a fost aleasă tehnologia CANDU, care nu necesita uraniu îmbogățit. În acest fel, România nu depindea de URSS pentru alimentarea centralei cu combustibil, deoarece reactorii nucleari pe bază de uraniu îmbogățit ar fi trebuit cumpărați din URSS. Și, deoarece România nu avea capacitatea de a obține acest combustibil în țară, statul comunist – care avea deja o relație tensionată cu URSS după evenimentele din 1968 din Cehoslovacia – a preferat să rămână independent față de sovietici.
Uraniul este un metal de culoare gri-argintie care se găsește în natură sub forma a 3 izotopi: 99,28% este uraniu-238 (cel mai abundent), 0,7% este uraniu-235, iar restul – circa 0,005% – este uraniu-234.
Utilizarea uraniului natural în reatoarele CANDU se referă la faptul că uraniul folosit în timpul procesului de fisiune are în componență izotopi de uraniu în procentele în care se întâlnesc în mediul înconjurător, adică uraniu-238 în procent de peste 99% și uraniu-235 într-un procent mult mai mic. Spre deosebire de CANDU, cele mai multe reactoare din lume folosesc uraniu îmbogățit, în care concentrația uraniului-235 din combustibilul nuclear a fost crescută în mod artificial, până la 3-5%.
Spre deosebire de U-238, U-235 este fisil, adică are proprietatea de a se sparge ușor atunci când este bombardat cu neutroni de joasă energie, fiind capabil să susțină o reacție nucleară de fisiune care eliberează energie, așa cum este necesar în reactoarele centralelor nucleare.
Astfel, U-235 poate să absoarbă neutroni și să se spargă în nuclee mai mici, eliberând mai mulți neutroni care la rândul lor declanșează noi fisiuni, generând o reacție în lanț.
În schimb, U-238 nu fisionează când este lovit de neutroni de joasă energie și nu poate susține o reacție în lanț. Cu alte cuvinte, când un neutron este absorbit de U-238, energia eliberată nu este suficientă pentru a învinge forța nucleară tare care ține nucleul laolaltă, și este puțin probabil ca fisiunea să aibă loc. Chiar dacă pot fi eliberați neutroni, aceștia nu au suficient de multă energie pentru a determina fisiunea și o reacție în lanț.
Și atunci cum pot reactoarele CANDU să folosească U-238? Deși nu este fisil, uraniul-238 este „fertil”, adică poate fi transformat într-un material fisil prin absorbția de neutroni. Astfel, U-238 poate absorbi un neutron, transformându-se în elementul plutoniu-239 (Pu-239), care este fisil și poate susține o reacție în lanț.
Totuși, această reacție nu eliberează la fel de multă energie precum fisiunea uraniului-235. Astfel, într-un reactor CANDU, aproximativ jumătate din energia generată provine din fisiunea plutoniului, restul fiind produsă de fisiunea U-235 (în ciuda faptului că acest izotop reprezintă doar 0,7% din combustibilul nuclear).
În reactoarele CANDU, combustibilul sub formă de pulbere de dioxid de uraniu este pus în pelete (granule) și plasat în barele de combustibil. 37 de bare de combustibil sunt grupate împreună pentru a forma un fascicul cilindric precum cel din imagine. Un fascicul are dimensiunile aproximative ale unui buștean pentru foc: 50 cm lungime și 10 cm diametru. Potrivit energyeducation.ca, un singur fascicul de combustibil poate furniza energie pentru o familie cu 4 membri timp de 100 de ani. Sursa foto: Nuclearelectrica (Facebook)
Soluția găsită de specialiștii canadieni pentru ca utilizarea uraniului natural să fie fezabilă a fost folosirea apei grele în locul apei obișnuite.
Apa grea acționează ca moderator de neutroni, în sensul că îi încetinește, ceea ce îi face mai eficienți în a cauza fisiunea elementelor grele din reactor. Mai exact, neutronii care bombardează atomii de uraniu trebuie să fie încetiniți (moderați) pentru a crește șansele ca ei să producă fisiuni ulterioare. De asemenea, deoarece apa grea absoarbe mult mai puțini neutroni decât apa ușoară, mai mulți neutroni rămân disponibili pentru fi înglobați în elementele fisile, generând apoi o reacție în lanț. Potrivit energyeducation.ca, apa grea este de 1.700 de ori mai eficientă ca moderator decât apa ușoară.
Astfel, datorită eficienței superioare a apei grele care duce la o utilizare mai eficientă a neutronilor, devine posibilă susținerea unei reacții în lanț cu uraniu natural (și nu cu U-235, care rămâne totuși cel mai utilizat combustibil nuclear la nivel mondial).
În afară de România și Canada, reactoare CANDU funcționează în prezent și în Coreea de Sud, China, India, Argentina și Pakistan.
Ca să aflați când publicăm un articol nou din domeniul energiei vă așteptăm în grupul de WhatsApp On/Off și pe pagina de Facebook a proiectului.
Dacă acest articol vi s-a părut util, v-ar putea interesa și:
Ce facem cu energia nucleară. După ani de stagnare, România își întoarce din nou privirile spre această formă de energie.
Cei mai mari producători de energie nucleară din Europa. Pe ce loc e România
