Ядерный реактор — это установка, содержащая ядерное топливо, в которой осуществляется управляемая цепная реакция деления.

Ядра урана, особенно изотопа , наиболее эффективно захватывают медленные нейтроны, вероятность захвата которых с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых. Поэтому в ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используют замедлители ней­тронов для повышения коэффициента размножения нейтронов.

 

 

Основными элементами ядерного реактора являются: 1) ядерное горючее (, ,  и др.); 2) теплоноситель для вывода энергии, образующейся при работе реактора (вода, жидкий натрий и др.); 3) устройство для регулирования скорости реакции (вводимые в ра­бочее пространство реактора стержни, содержащие кадмий или бор — вещества, которые хорошо поглощают нейтроны).

Снаружи реактор окружают защитной оболочкой из бетона с железным наполнителем, задер­живающей γ-излучение и нейтроны. Лучшим замедлителем считается тяжелая вода. Обычная во­да сама захватывает нейтроны и превращается в тяжелую воду. Хорошим замедлителем является графит, ядра которого не поглощают нейтроны.

Критическая масса. Коэффициент размножения k может стать равным единице лишь при условии, что размеры реактора и соответственно масса урана превышают некоторые критические значения. Критической массой называют наименьшую массу делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция.

Критические размеры системы и соответственно критическая масса определяются типом ядер­ного горючего, замедлителем и конструктивными особенностями реактора. Для чистого (без за­медлителя) , имеющего форму шара, критическая масса приблизительно равна 50 кг. Радиус шара равен примерно 9 см (плотность урана очень велика). Применяя замедлители нейтронов и отражающую нейтроны оболочку из бериллия, удалось снизить критическую массу до 250 г.

Управление реактором осуществляется введением в активную зону стержней, позволяющих в любой момент приостановить развитие цепной реакции.

Реакторы на быстрых нейтронах работают без замедлителя на обогащенной смеси урана, со­держащего не менее 15 % изотопа Их преимуществом является образование в процессе работы значительного количества плутония, который сам может быть использован в дальнейшем в качестве ядерного топлива. Такие реакторы называются реакторами размножителями, пос­кольку они воспроизводят делящийся материал. Коэффициент воспроизводства таких реакторов достигает 1,5. Это означает, что в реакторе при делении 1 кг изотопа получается до 1,5 кг.