Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες μπορούν να ταξινομηθούν με πολλούς διαφορετικούς τρόπους: ανάλογα με τον τύπο της πυρηνικής αντίδρασης, το χρησιμοποιούμενο μέσο συντονισμού, το χρησιμοποιούμενο ψυκτικό, την παραγωγή του αντιδραστήρα, τη φάση του καυσίμου, τον τύπο καυσίμου και τη χρήση. Μετρώντας τους ερευνητικούς αντιδραστήρες, υπάρχουν χιλιάδες σε όλο τον κόσμο, που εμπίπτουν σε πολλές διαφορετικές κατηγορίες. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσω τα σχήματα ταξινόμησης των πυρηνικών αντιδραστήρων ένα κάθε φορά.
Σε αυτό το άρθρο εξετάζουμε μόνο πυρηνικούς αντιδραστήρες σχάσης, δηλαδή αντιδραστήρες που διασπούν πυρήνες, αντί για αντιδραστήρες σύντηξης, οι οποίοι τους συγχωνεύουν. Οι αντιδραστήρες σύντηξης εξακολουθούν να είναι μια εξαιρετικά πειραματική τεχνολογία στα αρχικά στάδια ανάπτυξης, ενώ οι αντιδραστήρες σχάσης χρησιμοποιούνται για περισσότερα από 60 χρόνια.
Ο τύπος της πυρηνικής αντίδρασης γενικά αναφέρεται στο εάν ο πυρηνικός αντιδραστήρας χρησιμοποιεί αργά (θερμικά) νετρόνια ή γρήγορα νετρόνια. Οι περισσότεροι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν γρήγορα νετρόνια εμπίπτουν στην κατηγορία των αντιδραστήρων ταχείας αναπαραγωγής, ενώ οι περισσότεροι που χρησιμοποιούν αργά νετρόνια ονομάζονται θερμικοί αντιδραστήρες. Οι θερμικοί αντιδραστήρες είναι οι φθηνότεροι και πιο συνηθισμένοι, κυρίως επειδή μπορούν να χρησιμοποιούν φυσικό, μη εμπλουτισμένο ουράνιο. Τα νετρόνια στους θερμικούς αντιδραστήρες αναφέρονται ως «αργά» επειδή ο αντιδραστήρας χρησιμοποιεί ένα υλικό μετριασμού για να επιβραδύνει τα νετρόνια από τη φυσική τους ταχύτητα όταν εκτοξεύονται από σπασμένους ατομικούς πυρήνες, η οποία είναι αρκετά γρήγορη, πιο κοντά στην ταχύτητα και τη θερμότητα του περιβάλλοντος καυσίμου . Οι αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων είναι πιο ακριβοί και απαιτούν περισσότερο εμπλουτισμό του καυσίμου, καθιστώντας τους λιγότερο δημοφιλείς. Από την άλλη πλευρά, δημιουργούν περισσότερα καύσιμα από όσα καταναλώνουν, καθιστώντας τα ελκυστικά μακροπρόθεσμα.
Το υλικό συντονισμού είναι το δεύτερο σχήμα ταξινόμησης για πυρηνικούς αντιδραστήρες. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, μόνο οι θερμικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν συντονιστές, επομένως αυτό καλύπτει μόνο αυτούς. Ο γραφίτης, το βαρύ νερό και το κανονικό νερό χρησιμοποιούνται όλα ως συντονιστές. Οι αντιδραστήρες γραφίτη και βαρέος νερού είναι πιο δημοφιλείς επειδή αυτά τα υλικά μετριασμού θερμαίνουν καλύτερα τα νετρόνια, διασφαλίζοντας ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί φυσικό ουράνιο και δεν απαιτείται εμπλουτισμός.
Το επόμενο σχήμα ταξινόμησης βασίζεται στην παραγωγή. Οι αντιδραστήρες της γενιάς I ήταν οι πρώτοι πρωτότυποι αντιδραστήρες, τυπικά μοναδικοί στο είδος τους. Οι αντιδραστήρες γενιάς II κατασκευάστηκαν για εμπορική χρήση και βασίστηκαν σε τυπικά σχέδια. Αυτά άρχισαν να χρησιμοποιούνται κατά τη δεκαετία του ’50. Οι αντιδραστήρες Γενιάς ΙΙΙ είναι πιο σύγχρονοι και άρχισαν να χρησιμοποιούνται στα τέλη της δεκαετίας του ’90. Είναι πιο ελαφριά και αποτελεσματικά από την προηγούμενη γενιά. Η νεότερη γενιά, οι αντιδραστήρες Generation IV, βρίσκονται επί του παρόντος στο στάδιο της έρευνας και δεν αναμένεται να κυκλοφορήσουν μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 2020 ή τις αρχές της δεκαετίας του 2030. Αυτοί οι αντιδραστήρες θα είναι πολύ οικονομικοί και θα παράγουν ελάχιστα απόβλητα.
Ένας άλλος τύπος ταξινόμησης είναι η φάση του καυσίμου – υγρή, στερεή ή αέρια. Το στερεό είναι το πιο χαρακτηριστικό. Μαζί με τη φάση έρχεται και ο τύπος του καυσίμου – ουράνιο ή θόριο. Αυτά είναι τα μόνα δύο έτοιμα για αντιδραστήρα στοιχεία διαθέσιμα σε σημαντικές ποσότητες στη Γη.
Η τελευταία ταξινόμηση βασίζεται στη χρήση – για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, πρόωση, παραγωγή πυρηνικών καυσίμων (αντιδραστήρες αναπαραγωγής) ή ερευνητικούς αντιδραστήρες. Οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων (RTG) ρίχνονται επίσης μερικές φορές σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, αν και είναι κάπως διαφορετικοί. Τα RTG παράγουν ενέργεια από τη διάσπαση ενός ραδιενεργού ισοτόπου.
Και αυτό είναι όλο. Υπάρχουν πιο συγκεκριμένοι τρόποι χαρακτηρισμού των πυρηνικών αντιδραστήρων και πολυάριθμα σχέδια σε διάφορα στάδια ανάπτυξης, αλλά η ποσότητα του γραπτού υλικού για τους τύπους πυρηνικών αντιδραστήρων θα μπορούσε πιθανώς να γεμίσει μια μικρή βιβλιοθήκη.