Campania unui reactor nuclear - timpul de funcționare a reactorului cu aceeași încărcătură de combustibil nuclear .
Când întreaga marjă de reactivitate a reactorului este epuizată, adică când tijele de compensare și-au luat poziția finală limită, reacția în lanț se oprește de la sine. Poate fi reluat numai după înlocuirea uraniului din miez . Desigur, este de dorit să existe o campanie de reactoare de putere cât mai mare posibil, deoarece energia primită este cu atât mai ieftină, cu atât este produsă mai mult cu o singură încărcătură de uraniu. Cu toate acestea, durata campaniei este limitată de o anumită valoare minimă a masei critice. O parte din materialul fisionabil care constituie această masă critică la sfârșitul campaniei, datorită încetării reacției în lanț, nu suferă fisiune, este descărcată din reactor și poate fi folosită ulterior numai după prelucrarea corespunzătoare a uraniului, dacă o astfel de prelucrare. este justificat.
Reactoarele cu uraniu natural au o marjă de reactivitate inițială scăzută și campaniile lor sunt de obicei definite de această marjă. În reactoarele cu uraniu îmbogățit , marja de reactivitate poate fi mărită. Cu toate acestea, există o limitare a duratei campaniei reactorului asociată cu reacția materialului elementelor combustibile la acumularea de produse de fisiune. Ca urmare a fisiunii nucleare, în loc de un atom, se formează doi noi, al căror volum total este de aproximativ 2 ori mai mare decât volumul atomului divizat (deoarece toți atomii au aproximativ aceleași volume). Noii atomi rezultați nu se pot încadra în nodurile rețelei cristaline de uraniu și sunt plasați în rețea în mod arbitrar. Având în vedere că o parte semnificativă a produselor de fisiune sunt gaze , acumularea produselor de fisiune este însoțită de apariția unor suprasolicitari interne în material și de o creștere a presiunii gazului, ceea ce duce la formarea de fisuri, umflarea și deformarea elementelor combustibile. Durata de viață a echipamentului principal al reactorului este mult mai lungă decât cea a combustibilului nuclear, iar elementele de combustibil uzat trebuie să fie descărcate din miez, dar descărcarea devine imposibilă dacă sunt deformate. În plus, pentru barele de combustibil deteriorate, etanșeitatea stratului este încălcată, iar gazele radioactive pătrund în lichidul de răcire . Toate acestea înseamnă că durata de viață a blocurilor de uraniu dintr-un reactor nuclear ar trebui să fie determinată de rezistența acestora la efectele distructive ale acumulării de produse de fisiune. În consecință, funcționarea reactorului este limitată în primul rând de durabilitatea indicată a blocurilor de combustibil, iar marja de reactivitate inițială trebuie să fie astfel încât să fie complet epuizată până la sfârșitul duratei de viață a blocurilor de uraniu din reactor. În caz contrar, la sfârșitul campaniei, din reactor va fi descărcată o cantitate în exces de material fisionabil nefolosit, ceea ce este nerentabil.
Acumularea produselor de fisiune se caracterizează prin cantitatea lor în grame pe tonă de uraniu. Cu toate acestea, măsurarea directă a masei produselor de fisiune este extrem de dificilă. Pe de altă parte, cantitatea totală de energie eliberată în miezul reactorului în timpul fisiunii este întotdeauna cunoscută. Deoarece fisiunea a 1 g de uraniu este însoțită de eliberarea a aproximativ 1 MW zi de energie termică și formarea a aproximativ 1 g de produse de fisiune, numărul de megawați-zi de energie termică generată este aproximativ egal cu numărul de grame. a produselor de fisiune. Masa totală de uraniu încărcat în reactor este de asemenea cunoscută. Prin urmare, cantitatea de produse de fisiune acumulate este exprimată în unități de MW zi/t - numărul de megawați zile pe tonă de uraniu.
Fiecare material este caracterizat de propria sa limită de acumulare a produselor de fisiune - adâncimea admisibilă de ardere a atomilor fisionali. Adâncimea de ardere a uraniului metalic este de 3000–3500 MW zi/t, dar pentru compușii săi poate fi mult mai mare. De exemplu, oxidul de uraniu este o substanță poroasă și, prin urmare, capabilă să acumuleze mult mai mulți produse de fisiune decât uraniul metalic fără distorsiuni vizibile în forma elementului combustibil - până la 20.000 MW zi / t și, eventual, mai mult - până la 100.000 MW zi / t . O tonă de uraniu natural conține aproximativ 7 kg de 235 U. Adâncimea de ardere de 3500 MW zi/t corespunde fisiunii a 3,5 kg de atomi. Cu toate acestea, nu toți produsele de fisiune provin din 235 U, deoarece 239 Pu se acumulează în reactor , care participă și la fisiune. Prin urmare, o parte din produsele de fisiune este obținută din plutoniu, iar 235 U se consumă mai puțin decât se obțin produsele de fisiune. Cu cât adâncimea de ardere admisă este mai mare, cu atât durata campaniei reactorului este mai lungă și cu atât o centrală nucleară cu un anumit combustibil este mai economică. Cu toate acestea, adâncimi mari de ardere sugerează uraniu îmbogățit, care este mult mai scump decât uraniul natural. Masa critică minimă la sfârșitul campaniei este mai mică dacă combustibilul este uraniu metalic, și nu compușii acestuia, de exemplu, cu oxigen. Prin urmare, eficiența utilizării unuia sau altui tip de combustibil nuclear este determinată de mulți factori.