Ydinreaktorit voidaan luokitella useilla eri tavoilla: ydinreaktion tyypin, käytetyn moderaattorimateriaalin, käytetyn jäähdytysnesteen, reaktorin tuotannon, polttoainevaiheen, polttoainetyypin ja käytön mukaan. Kun lasketaan tutkimusreaktoreita, maailmassa on tuhansia, jotka kuuluvat moniin eri luokkiin. Tässä artikkelissa käyn läpi ydinreaktorien luokittelujärjestelmät yksi kerrallaan.
Tässä artikkelissa tarkastellaan vain halkeamiskelpoisia ydinreaktoreita, toisin sanoen ytimiä hajottavia reaktoreita, eikä fuusioreaktoreita, jotka sulauttavat ne yhteen. Fuusioreaktorit ovat vielä hyvin kokeellinen tekniikka alkuvaiheessa, kun taas fissioreaktorit ovat olleet käytössä yli 60 vuotta.
Ydinreaktion tyyppi viittaa yleensä siihen, käyttääkö ydinreaktori hitaita (lämpö) neutroneja vai nopeita neutroneja. Useimmat reaktorit, jotka käyttävät nopeita neutroneja, kuuluvat nopeiden jalostuvien reaktorien luokkaan, kun taas useimmat hitaita neutroneja käyttävät termiset reaktorit. Lämpöreaktorit ovat halvin ja yleisin, lähinnä siksi, että niissä voidaan käyttää luonnollista, rikastamatonta uraania. Lämpöreaktorien neutroneja kutsutaan “hitaiksi”, koska reaktori käyttää hidastavaa materiaalia hidastamaan neutroneja luonnollisesta nopeudestaan, kun ne poistetaan rikkoutuneista atomiytimistä, mikä on melko nopeaa, lähempänä ympäröivän polttoaineen nopeutta ja lämpöä . Nopeat neutronireaktorit ovat kalliimpia ja vaativat polttoaineen rikastamista, mikä tekee niistä vähemmän suosittuja. Toisaalta ne tuottavat enemmän polttoainetta kuin kuluttavat, mikä tekee niistä houkuttelevia pitkällä aikavälillä.
Moderaattorimateriaali on ydinreaktorien toinen luokitusjärjestelmä. Kuten aiemmin todettiin, vain termiset ydinreaktorit käyttävät moderaattoreita, joten tämä kattaa vain ne. Grafiittia, raskasta vettä ja tavallista vettä käytetään moderaattoreina. Grafiitti- ja raskasvesireaktorit ovat suositumpia, koska nämä hillitsevät materiaalit lämmittävät neutronit paremmin varmistaen, että luonnonuraania voidaan käyttää eikä rikastusta tarvita.
Seuraava luokitusjärjestelmä perustuu sukupolveen. Ensimmäisen sukupolven reaktorit olivat ensimmäisiä prototyyppireaktoreita, tyypillisesti ainutlaatuisia. Toisen sukupolven reaktorit valmistettiin kaupalliseen käyttöön ja perustuivat vakiomalleihin. Nämä tulivat käyttöön 50 -luvulla. Kolmannen sukupolven reaktorit ovat nykyaikaisempia ja tulevat käyttöön 90 -luvun lopulla. Ne ovat kevyempiä ja tehokkaampia kuin edellinen sukupolvi. Uusimman sukupolven, IV sukupolven reaktorit, ovat tällä hetkellä tutkimusvaiheessa, ja niiden odotetaan tulevan käyttöön vasta 2020 -luvun lopulla tai 2030 -luvun alussa. Nämä reaktorit ovat erittäin taloudellisia ja tuottavat mahdollisimman vähän jätettä.
Toinen luokittelutyyppi on polttoainefaasi – neste, kiinteä tai kaasu. Kiinteä on tyypillisin. Vaiheen mukana tulee polttoainetyyppi – uraani tai torium. Nämä ovat ainoat kaksi reaktorivalmiita elementtejä, joita on saatavana huomattavina määrinä maapallolla.
Viimeinen luokitus perustuu käyttöön – voimalaitoksiin, käyttövoimiin, ydinpolttoaineen tuotantoon (jalostusreaktorit) tai tutkimusreaktoreihin. Radioisotooppisia termosähköisiä generaattoreita (RTG) heitetään joskus myös ydinreaktoreihin, vaikka ne ovatkin hieman erilaisia. RTG: t tuottavat energiaa radioaktiivisen isotoopin hajoamisesta.
Ja siinä kaikki. Ydinreaktoreiden karakterisointiin on olemassa tarkempia tapoja ja lukuisia malleja eri kehitysvaiheissa, mutta ydinreaktorityyppejä koskevan kirjallisen materiaalin määrä voisi todennäköisesti täyttää pienen kirjaston.