painevesireaktorit, kuten kaikki lämpöreaktorimallit, vaativat nopeiden fissioneutronien hidastamista (prosessia kutsutaan maltiksi tai termisoinniksi), jotta ne voivat olla vuorovaikutuksessa ydinpolttoaineen kanssa ja ylläpitää ketjureaktiota. PWRs: ssä jäähdytysvettä käytetään hidastimena antamalla neutronien käydä läpi useita törmäyksiä vedessä olevien kevyiden vetyatomien kanssa menettäen prosessissa nopeutta. Tämä neutronien ”maltillistuminen” tapahtuu useammin, kun vesi on tiheämpää (törmäyksiä tapahtuu enemmän). Veden käyttö hidastimena on tärkeä PWRs: n turvallisuusominaisuus, sillä lämpötilan nousu voi aiheuttaa veden laajenemisen, jolloin vesimolekyylien väliset ”raot” kasvavat ja termisaation todennäköisyys pienenee — jolloin neutronien hidastuminen vähenee ja reaktorin reaktiivisuus vähenee. Jos reaktiivisuus siis kasvaa normaalia suuremmaksi, neutronien vähentynyt maltillisuus saa ketjureaktion hidastumaan tuottaen vähemmän lämpöä. Tämä ominaisuus, joka tunnetaan reaktiivisuuden negatiivisena lämpötilakertoimena, tekee PWR-reaktoreista erittäin vakaita. Tätä prosessia kutsutaan ”Itsesäätyväksi”, eli mitä kuumemmaksi jäähdytysneste tulee, sitä vähemmän reagoivaksi kasvi tulee, sammuttaen itsensä hieman kompensoidakseen ja päinvastoin. Näin kasvi kontrolloi itseään säätösauvojen asennon asettaman tietyn lämpötilan ympärillä.
sen sijaan Tshernobylissä käytetyllä RBMK-reaktorin rakenteella, jossa käytetään hidastimena veden sijasta grafiittia ja jäähdytysnesteenä kiehuvaa vettä, on suuri positiivinen lämpökerroin, joka lisää lämmöntuotantoa jäähdytysveden lämpötilan noustessa. Tämä tekee RBMK: n rakenteesta vähemmän vakaan kuin painevesireaktorit. Sen lisäksi, että vedellä on kyky hidastaa neutroneja toimiessaan hidastajana, sillä on myös kyky absorboida neutroneja, joskin vähäisemmässä määrin. Kun jäähdytysveden lämpötila nousee, kiehuminen lisääntyy, jolloin syntyy tyhjiöitä. Näin on vähemmän vettä absorboimaan lämpöhiukkasia, joita grafiitin hidastaja on jo hidastanut aiheuttaen reaktiivisuuden lisääntymistä. Tätä ominaisuutta kutsutaan void-reaktiivisuuskertoimeksi, ja Tshernobylin kaltaisessa RBMK-reaktorissa void-kerroin on positiivinen ja melko suuri aiheuttaen nopeita transientteja.Tätä RBMK: n reaktorille ominaista rakennetta pidetään yleisesti yhtenä monista Tšernobylin onnettomuuden syistä.
raskaassa vedessä on hyvin alhainen neutroniabsorptio, joten raskasvesireaktoreilla on yleensä positiivinen tyhjökerroin, vaikka CANDU-reaktorin rakenne lieventää tätä ongelmaa käyttämällä varustelematonta luonnonuraania; näissä reaktoreissa on myös useita passiivisia turvajärjestelmiä, joita ei ole alkuperäisessä RBMK-mallissa.
PWR: t on suunniteltu siten, että ne pysyvät alijäähtyneessä tilassa, mikä tarkoittaa sitä, että vesitilavuuden tai tiheyden lisäämiselle on tilaa, koska jos maltti olisi lähellä kylläisyyttä, hidastimen/jäähdytysnesteen tiheyden väheneminen voisi vähentää neutronien imeytymistä merkittävästi ja vähentää maltillisuutta vain hieman, jolloin tyhjäkerroin olisi positiivinen. Kevyt vesi on myös itse asiassa jonkin verran voimakkaampi neutronien hidastaja kuin raskas vesi, joskin raskaan veden neutroniabsorptio on paljon pienempi. Näiden kahden seikan vuoksi kevytvesireaktoreissa on suhteellisen pieni moderaattoritilavuus ja siksi niissä on kompakteja ytimiä. Eräs seuraavan sukupolven malli, ylikriittinen vesireaktori, on vielä vähemmän moderoitu. Vähemmän moderoitu neutronienergiaspektri huonontaa 235U: n ja erityisesti 239Pu: n sieppaus/fissiosuhdetta, mikä tarkoittaa, että useammat fissiilit ytimet eivät fissioidu neutroniabsorptiossa, vaan sieppaavat neutronin raskaammaksi ei-fissiiliksi isotoopiksi, tuhlaten yhtä tai useampaa neutronia ja kasautuen yhä enemmän raskaita transuraanisia aktinideja, joista osalla on pitkät puoliintumisajat.
FuelEdit
väkevöinnin jälkeen uraanidioksidijauhetta (UO
2) poltetaan korkeassa lämpötilassa sintrausuunissa, jolloin syntyy kovia keraamisia pellettejä rikastetusta uraanidioksidista. Lieriömäinen pelletit sitten verhottu korroosionkestävä Zirkonium metalliseos Zircaloy joka on backfilled helium auttaa lämmön johtuminen ja havaita vuotoja. Zircaloy valitaan sen mekaanisten ominaisuuksien ja alhaisen absorptiopinnan vuoksi. Valmiit polttoainesauvat ryhmitellään polttoainekokonaisuuksiksi, joita sitten käytetään reaktorin ytimen rakentamiseen. Tyypillisessä PWR: ssä on 200-300 sauvaa kussakin, ja suuressa reaktorissa olisi noin 150-250 tällaista kokoonpanoa, joissa on yhteensä 80-100 tonnia uraania. Yleensä polttoaineniput koostuvat polttoainesauvoista, jotka on niputettu 14 × 14-17 × 17. PWR tuottaa noin 900-1600 MWe. PWR-polttoainenippujen pituus on noin 4 metriä.
useimpien kaupallisten PWR: ien Tankkausaika on 18-24 kuukautta. Noin kolmannes ytimestä vaihdetaan joka tankkauksella, joskin jotkin nykyaikaisemmat tankkausjärjestelmät saattavat lyhentää tankkausaikaa muutamaan päivään ja mahdollistaa tankkaamisen lyhyemmällä jaksolla.
ControlEdit
PWRs-reaktorin tehon voidaan katsoa seuraavan höyryn (turbiinin) kysyntää lisääntyneen tai vähentyneen höyryvirran aiheuttaman lämpötilan muutoksen reaktiivisuuspalautteen vuoksi. (Katso: negatiivinen lämpötilakerroin.) Boori-ja kadmiumsäätösauvoja käytetään primaarijärjestelmän lämpötilan pitämiseen halutussa pisteessä. Tehon vähentämiseksi käyttäjä kuristaa turbiinin sulkuventtiilit. Tämä johtaisi siihen, että höyrygeneraattoreista saataisiin vähemmän höyryä. Tämä johtaa siihen, että ensisijainen silmukka kasvaa lämpötilassa. Korkeampi lämpötila aiheuttaa primäärireaktorin jäähdytysveden tiheyden pienenemisen, mikä mahdollistaa suuremmat neutroninopeudet, jolloin fissio ja teho vähenevät. Tämä tehon lasku johtaa lopulta primaarijärjestelmän lämpötilan palautumiseen entiseen vakaan tilan arvoonsa. Käyttäjä voi hallita vakaan tilan käyttölämpötilaa lisäämällä boorihappoa ja / tai siirtämällä säätösauvoja.
reaktiivisuuden säätö polttoaineen palaessa 100-prosenttisen tehon ylläpitämiseksi useimmissa kaupallisissa PWR-järjestelmissä saavutetaan yleensä muuttamalla primäärireaktorin jäähdytysnesteeseen liuenneen boorihapon pitoisuutta. Boori absorboi neutroneja helposti ja sen pitoisuuden lisääminen tai pienentäminen reaktorin jäähdytysnesteessä vaikuttaakin neutroniaktiivisuuteen vastaavasti. Koko ohjausjärjestelmä, johon kuuluu korkeapainepumppuja (kutsutaan yleensä lataus-ja letdown-järjestelmäksi), tarvitaan veden poistamiseksi korkeapaineisesta primäärisilmukasta ja veden ruiskuttamiseksi takaisin erilaisin boorihappopitoisuuksin. Reaktorin säätösauvat, jotka työnnetään reaktoriastian pään läpi suoraan polttoainenippuihin, siirretään seuraavista syistä:reaktorin käynnistämiseksi,reaktorin primääristen ydinreaktioiden sammuttamiseksi, lyhytaikaisten transienttien, kuten turbiinin kuormituksen muutosten huomioon ottamiseksi
säätösauvoja voidaan käyttää myös kompensoimaan ydinmyrkkyvarastoa ja kompensoimaan ydinpolttoaineen loppumista. Kuitenkin nämä vaikutukset ovat yleensä mukautetaan muuttamalla ensisijainen jäähdytysnesteen boorihappopitoisuus.
sen sijaan bwrs: ssä ei ole booria reaktorin jäähdytysnesteessä ja se ohjaa reaktorin tehoa säätämällä reaktorin jäähdytysnesteen virtausnopeutta.