!دید کلی
راکتورهای هسته‌ای دستگاه‌هایی هستند که در آنها ((شکافت|شکافت هسته‌ای)) کنترل شده رخ می‌دهد. راکتورها برای تولید ((انرژی الکتریکی)) و نیز تولید نوترون‌ها بکار می‌روند. اندازه و طرح راکتور بر حسب کار آن متغیر است. فرآیند شکافت که یک ((نوترون)) بوسیله یک ((هسته|هسته سنگین)) (با جرم زیاد) جذب شده و بدنبال آن به دو هسته کوچکتر همراه با آزاد سازی ((انرژی)) و چند ((نوترون)) دیگر شکافته می‌شود.
!تاریخچه
اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکافت هسته در دسامبر 1942 بدست آمد. با رهبری ((فرمی)) ساخت و راه اندازی یک ((پیل)) از (( گرافیت|آجرهای گرافیتی)) ، ((اورانیوم)) و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این ((پیل هسته‌ای)) ، در زیر میدان فوتبال ((دانشگاه شیکاگو)) ساخته شد و اولین راکتور هسته‌ای فعال بود.
!ساختمان راکتور
با وجود تنوع در راکتور‌ها ، تقریبا همه آنها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند. این اجزا شامل ((سوخت ))پوشش برای سوخت ، کند کننده نوترونهای حاصله از شکافت ، خنک کننده‌ای برای حمل ((انرژی حرارتی)) حاصله از فرآیند شکافت ماده کنترل کننده برای کنترل نمودن میزان شکافت می باشد.
!((سوخت هسته‌ای))
سوخت راکتورهای هسته‌ای باید به گونه‌ای باشد که متحمل شکافت حاصله از نوترون بشود. پنج ((نوکلید)) شکافت پذیر وجود دارند که در حال حاضر در راکتورها به کار می‌روند. ²³²Th ، ²³³U ، ²³⁵U ، ²³⁸U ، ²³⁹Pu . برخی از این نوکلیدها برای شکافت حاصله از ((نوترونهای حرارتی)) و برخی نیز برای شکافت حاصل از نوترونهای سریع می‌باشند. تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته‌بندی راکتورها است.

در کنار قابلیت شکافت ، سوخت بکاررفته در راکتور هسته‌ای باید بتواند نیازهای دیگری را نیز تامین کند. سوخت باید از نظر مکانیکی قوی ، از نظر شیمیایی پایدار و در مقابل ((تخریب تشعشعی)) مقاوم باشد، تا تحت تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط ((راکتور)) قرار نگیرد. ((رسانش گرمایی|هدایت حرارتی)) ماده باید بالا باشد بطوریکه بتواند ((حرارت)) را خیلی راحت جابجا کند. همچنین امکان بدست آوردن ، ساخت راحت ، هزینه نسبتا پایین و خطرناک نبودن از نظر شیمیایی از دیگر فایده‌های سوخت است.
!((غلاف سوخت))
سوخت‌های هسته‌ای مستقیما در داخل راکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می گیرند. پوشش یا غلاف سوخت ، کند کننده و یا خنک کننده از آن جدا می سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند. همچنین این غلاف می تواند پشتیبان ساختاری سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای ((خواص حرارتی ماده|خواص خوب حرارتی))و ((خواص مکانیکی ماده|مکانیکی)) بوده و از نظر شیمیایی نسبت به برهمکنش با سوخت و ((ماده|مواد)) محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر هم کنش‌های هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل(( تشعشع)) مقاوم باشد.
!((مواد کند کننده))
یک کند کننده ماده‌ای است که برای کند یا ((نوترونهای حرارتی|حرارتی کردن نوترونهای)) سریع بکار می‌رود. هسته‌هایی که دارای((جرم|جرمی)) نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کند کننده می‌باشند. کند کننده برای آنکه بتواند در ((راکتور)) مورد استفاده قرار گیرد بایستی ((سطح مقطع جذب|سطح مقطع جذبی))پایینی نسبت به نوترون باشد. با توجه به خواص اشاره شده برای کند کننده ، چند ماده هستند که می‌توان از آنها استفاده کرد. ((هیدروژن)) ، ((دتوتریم)) ، ((بریلیوم)) و ((کربن)) چند نمونه از کند کننده‌ها می‌باشند.
از آنجا که بریلیوم سمی است این ماده خیلی کم بعنوان کند کننده در راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین ایزوتوپهای ((هیدروژن)) ، به شکل ((آب)) و ((آب سنگین)) و ((کربن)) ، به شکل گرافیت بعنوان مواد کند کننده استفاده می شوند.
!((مواد خنک کننده‌|خنک کننده‌ها ))
گرمای حاصله از شکافت در محیط راکتور یا باید از سوخت زدوده شود و یا در نهایت این گرما بقدری زیاد شود که ((میله‌های سوخت)) را ذوب کند. حرارتی که از سوخت گرفته می‌شود ممکن است در ((راکتور قدرت)) برای ((تولید برق ))بکار رود. از ویژگیهایی که ماده خنک کننده باید داشته باشد، ((هدایت حرارتی)) آن است تا اینکه بتواند در انتقال حرارت موثر باشد همچنین ((پایداری شیمیایی)) و سطح مقطع جذب پایین تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک کننده است. نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که این ماده نباید در اثر ((واکنشهای گاما دهنده)) ((رادیواکتیو ))شوند.

از مایعات و گازها به عنوان خنک کننده استفاده شده‌است گازهای دی اکسید کربن و ((هیلیوم)) بعنوان خنک کننده استفاده شده‌اند. هیلیوم ایده‌آل است ولی پرهزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد آن مشکل است. ((خنک کننده‌های مایع)) شامل آب ، آب سنگین و ((فلزات مایع)) هستند. از آنجا که برای جلوگیری از جوشیدن آب((فشار))زیادی لازم است خنک کننده ایده‌آلی نیست.
!((مواد کنترل کننده))
برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع ، لازم است که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترونهای اضافی را جذب کنند. ((مواد جذب کننده نوترون)) بر خلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست ولی ماده مورد استفاده باید دارای چند خاصیت مکانیکی و شیمیایی باشد که برای این کار مفید واقع شود.
انواع راکتورها
راکتورها بر حسب نوع فرآیند شکافت به ((راکتور حرارتی|راکتورهای حرارتی)) ، ((راکتور ریع و میانی|ریع و میانی)) (واسطه) ، بر حسب مصرف سوخت به ((راکتور سوزاننده|راکتورهای سوزاننده)) ، ((راکتور مبدل و زاینده|مبدل و زاینده)) ، بر حسب نوع سوخت به ((راکتور اورانیوم طبیعی|راکتورهای اورانیوم طبیعی)) ، ((راکتورهای اورانیوم غنی شده|غنی شده)) با اورانیوم 235 (((راکتور مخلوطی Be))) ، بر حسب خنک کننده به ((راکتور گازی|راکتورهای گاز)) (CO<sub>2</sub ، He و هوا) ، ((راکتور مایع|مایع)) (آب ، فلز) ، بر حسب ((فاز)) سوخت کند کننده‌ها به ((راکتور همگن|راکتورهای همگن)) ، ((راکتور ناهمگن|ناهمگن)) و بالاخره بر حسب کاربرد به راکتورهای قدرت ، ((راکتور تولید نوکلید|تولید نوکلید)) و ((راکتور تحقیقاتی|تحقیقاتی)) تقسیم می‌شوند.
!کاربردهای راکتورهای هسته‌ای
راکتورها انواع مختلف دارند برخی از آنها در تحقیقات ، بعضی از آنها برای تولید ((رادیو ایزتوپ|رادیو ایزتوپهای)) پر انرژی برخی برای راندن ((کشتی‌|کشتی‌ها)) و برخی برای تولید ((برق)) بکار می روند.
دوگروه اصلی راکتورهای هسته ای بر اساس تقسیم بندی کاربرد آنها . راکتورهای قدرت و راکتورهای تحقیقاتی هستند. راکتورهای قدرت ((مولد برق)) بوده و راکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه ، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپها مورد استفاده قرار می گیرند.
!موضوعات مرتبط با عنوان
*((جرم بحرانی))
*((سوخت هسته‌ای))
*((شکافت))
*((فیزیک بهداشت))
*((غلاف سوخت))
*((رادیو ایزوتوپ))
*((مولد برق))
*((مواد کنترل کننده))
*((مواد خنک کننده))
*((مواد کند کننده))
*((رادیواکتیو))
*((نوکلید))