Atomreaktor kampánya - a reaktor működési ideje azonos nukleáris üzemanyag-terhelés mellett .
Amikor a reaktor teljes reaktivitási határa kimerül, vagyis amikor a kiegyenlítő rudak elfoglalták határhelyzetüket, a láncreakció magától leáll. Csak a magban lévő urán cseréje után folytatható . Természetesen kívánatos egy minél nagyobb teljesítményű reaktorkampány, hiszen minél olcsóbb a kapott energia, annál többet állítanak elő egy rakomány uránnal. A kampány időtartamát azonban korlátozza a kritikus tömeg bizonyos minimális értéke. A hadjárat végén ezt a kritikus tömeget alkotó hasadóanyag egy része a láncreakció befejeződése miatt nem hasad át, kiürül a reaktorból, és később csak az urán megfelelő feldolgozása után használható fel, ha az ilyen feldolgozás indokolt.
A természetes urán reaktorok kezdeti reaktivitási határa alacsony, és kampányaikat általában ez a határ határozza meg. A dúsított urán reaktorokban a reaktivitási ráhagyás nagyra tehető. Mindazonáltal a fűtőelemek anyagának a hasadási termékek felhalmozódására való reakciójával kapcsolatos reaktorkampány időtartama korlátozott . A maghasadás eredményeként egy atom helyett két új keletkezik, amelyek össztérfogata megközelítőleg 2-szer nagyobb, mint a felhasadt atom térfogata (mivel minden atom megközelítőleg azonos térfogatú). A keletkező új atomok nem férnek be az uránkristályrács csomópontjaiba , és tetszőlegesen helyezkednek el a rácsban. Tekintettel arra, hogy a hasadási termékek jelentős része gáz , a hasadási termékek felhalmozódása az anyagban belső túlfeszültségek megjelenésével és a gáznyomás növekedésével jár, ami repedések kialakulásához, a fűtőelemek duzzadásához és deformálódásához vezet. A reaktor fő berendezéseinek élettartama jóval hosszabb, mint a nukleáris fűtőelemeké, és a kiégett fűtőelemeket ki kell rakni a zónából, de deformációjuk esetén a kirakodás lehetetlenné válik. Ezenkívül sérült üzemanyagrudak esetén a bevonat tömítettsége megsérül, és a radioaktív gázok behatolnak a hűtőfolyadékba . Mindez azt jelenti, hogy az uránblokkok élettartamát egy atomreaktorban a felhalmozódó hasadási termékek romboló hatásával szembeni ellenállásuk határozza meg. Következésképpen a reaktor működését elsősorban a tüzelőanyag blokkok jelzett tartóssága korlátozza, és a kezdeti reaktivitási határnak olyannak kell lennie, hogy az teljesen kimerüljön a reaktorban lévő uránblokkok élettartamának végére. Ellenkező esetben a kampány végén felesleges mennyiségű fel nem használt hasadóanyag kerül kiürítésre a reaktorból, ami veszteséges.
A hasadási termékek felhalmozódását a gramm/tonna urán mennyisége jellemzi. A hasadási termékek tömegének közvetlen mérése azonban rendkívül nehéz. Másrészt a reaktormagban a hasadás során felszabaduló energia teljes mennyisége mindig ismert. Mivel 1 g urán hasadása kb. 1 MW napi hőenergia felszabadulásával és kb. 1 g hasadási termék képződésével jár, a megawattnapok termelt hőenergia száma megközelítőleg megegyezik a grammok számával. hasadási termékek. A reaktorba betöltött urán teljes tömege is ismert. Ezért a felhalmozott hasadási termékek mennyiségét MW nap/t egységekben fejezzük ki – ez a megawattnapok száma egy tonna urániumra vonatkoztatva.
Mindegyik anyagot a hasadási termékek felhalmozódásának saját korlátja jellemzi - a hasadó atomok kiégésének megengedett mélysége. A fémurán égési mélysége 3000-3500 MW nap/t, de vegyületeinél jóval magasabb is lehet. Például az urán-oxid porózus anyag, ezért sokkal több hasadási terméket képes felhalmozni, mint a fémes urán, anélkül, hogy a fűtőelem alakjában látható torzulások lennének - akár 20 000 MW nap/t, és esetleg több - akár 100 000 MW nap / t . Egy tonna természetes urán körülbelül 7 kg 235 U-t tartalmaz. A 3500 MW nap/t égési mélység 3,5 kg atom hasadásának felel meg. Azonban nem minden hasadási termék származik 235 U-ból, mert 239 Pu halmozódik fel a reaktorban , amely szintén részt vesz a hasadásban. Ezért a hasadási termékek egy részét plutóniumból nyerik, és 235 U-val kevesebbet fogyasztanak el, mint amennyi hasadási terméket nyernek. Minél nagyobb a megengedett égési mélység, annál hosszabb a reaktor kampányideje, és annál gazdaságosabb egy adott fűtőanyaggal egy atomerőmű. A nagy égési mélységek azonban dúsított uránra utalnak, amely sokkal drágább, mint a természetes urán. A minimális kritikus tömeg a kampány végén kisebb, ha az üzemanyag fémurán, és nem annak vegyületei, például oxigénnel. Ezért az egyik vagy másik típusú nukleáris üzemanyag felhasználásának hatékonyságát számos tényező határozza meg.