Drukwaterreactoren vereisen, zoals alle thermische reactorontwerpen, dat de snelle splijtingsneutrronen worden vertraagd (een proces dat moderatie of thermalizing wordt genoemd) om met de kernbrandstof te interageren en de kettingreactie in stand te houden. In PWRs wordt het koelwater gebruikt als moderator door de neutronen meerdere botsingen te laten ondergaan met lichte waterstofatomen in het water, waardoor snelheid verloren gaat. Dit” modereren ” van neutronen zal vaker gebeuren wanneer het water dichter is (meer botsingen zullen optreden). Het gebruik van water als moderator is een belangrijk veiligheidskenmerk van PWRs, aangezien een verhoging van de temperatuur ertoe kan leiden dat het water uitdijt, waardoor er grotere “spleten” tussen de watermoleculen ontstaan en de kans op thermalisatie wordt verminderd — waardoor de mate waarin neutronen worden vertraagd en dus de reactiviteit in de reactor wordt verminderd. Daarom, als de reactiviteit groter wordt dan normaal, zal de verminderde matiging van neutronen ervoor zorgen dat de kettingreactie vertraagt, waardoor minder warmte wordt geproduceerd. Deze eigenschap, bekend als de negatieve temperatuurcoëfficiënt van reactiviteit, maakt PWR-reactoren zeer stabiel. Dit proces wordt aangeduid als’ zelfregulerend’, dat wil zeggen hoe warmer het koelmiddel wordt, hoe minder reactief de plant wordt, zichzelf licht sluitend om te compenseren en vice versa. Zo regelt de installatie zichzelf rond een bepaalde temperatuur die wordt ingesteld door de positie van de regelstaven.
daarentegen heeft het ontwerp van de RBMK-reactor in Tsjernobyl, waarbij grafiet in plaats van water als moderator wordt gebruikt en kokend water als koelmiddel wordt gebruikt, een grote positieve thermische reactiviteitscoëfficiënt die de warmteproductie verhoogt wanneer de temperatuur van het koelmiddel stijgt. Dit maakt het RBMK-ontwerp minder stabiel dan drukwaterreactoren. Naast zijn eigenschap van het vertragen van neutronen bij het dienen als moderator, heeft water ook een eigenschap van het absorberen van neutronen, zij het in mindere mate. Wanneer de temperatuur van het koelmiddelwater stijgt, neemt het koken toe, waardoor er holtes ontstaan. Er is dus minder water om thermische neutronen te absorberen die al door de grafietmoderator zijn vertraagd, waardoor de reactiviteit toeneemt. Deze eigenschap wordt de void coefficient van reactiviteit genoemd en in een RBMK-reactor zoals Tsjernobyl is de void coefficient positief en vrij groot, waardoor snelle transiënten ontstaan.Dit ontwerpkenmerk van de RBMK-reactor wordt over het algemeen gezien als een van de vele oorzaken van de ramp in Tsjernobyl.
zwaar water heeft een zeer lage neutronenabsorptie, zodat zwaarwaterreactoren meestal een positieve leegte-coëfficiënt hebben, hoewel het ontwerp van de CANDU-reactor dit probleem verzacht door gebruik te maken van niet-verrijkt, natuurlijk uranium; deze reactoren zijn ook ontworpen met een aantal passieve veiligheidssystemen die niet in het oorspronkelijke ontwerp van RBMK voorkomen.
PWR ‘ s zijn ontworpen om in een onderbenutte toestand te worden gehouden, wat betekent dat er ruimte is voor een verhoogd watervolume of-dichtheid om de matiging verder te verhogen, want als matiging dicht bij de verzadiging zou zijn, dan zou een vermindering van de dichtheid van de moderator/koelvloeistof de neutronenabsorptie aanzienlijk kunnen verminderen, terwijl de matiging slechts in geringe mate wordt verminderd, waardoor de leegte-coëfficiënt positief wordt. Ook licht water is eigenlijk een iets sterkere moderator van neutronen dan zwaar water, hoewel de neutronenabsorptie van zwaar water veel lager is. Door deze twee feiten hebben lichtwaterreactoren een relatief klein moderatorvolume en daarom compacte kernen. Een ontwerp van de volgende generatie, de superkritische waterreactor, is nog minder gemodereerd. Een minder gemodereerd neutronenenergiespectrum verergert de vangst / splijtingsverhouding voor 235U en vooral 239Pu, wat betekent dat meer splijtbare kernen niet aan kernsplijting op neutronenabsorptie en in plaats daarvan vangen het neutron om een zwaardere niet-splijtbare isotoop te worden, het verspillen van een of meer neutronen en toenemende accumulatie van zware transuranische actiniden, waarvan sommige een lange halveringstijd hebben.
FuelEdit
na verrijking wordt het uraniumdioxide (uo
2)-poeder gestookt in een hogetemperatuursinteroven om harde, keramische pellets van verrijkt uraniumdioxide te maken. De cilindrische pellets worden vervolgens bekleed met een corrosiebestendige zirkoonmetaallegering Zirkaloy die worden aangevuld met helium om warmtegeleiding te helpen en lekkages te detecteren. Zircaloy wordt gekozen vanwege zijn mechanische eigenschappen en zijn lage absorptiedoorsnede. De afgewerkte splijtstofstaven zijn gegroepeerd in splijtstofpakketten, zogenaamde brandstofbundels, die vervolgens worden gebruikt om de kern van de reactor te bouwen. Een typische PWR heeft brandstofassemblages van 200 tot 300 staven elk, en een grote reactor zou ongeveer 150-250 dergelijke assemblages met 80-100 ton uranium in totaal hebben. In het algemeen bestaan de brandstofbundels uit splijtstofstaven die 14 × 14 tot 17 × 17 zijn gebundeld. Een PWR produceert in de Orde van 900 tot 1.600 MWe. PWR brandstof bundels zijn ongeveer 4 meter lang.
bijtanken voor de meeste commerciële PWR ‘ s gebeurt in een cyclus van 18-24 maanden. Ongeveer een derde van de kern wordt vervangen elke bijtanken, hoewel sommige meer moderne bijtanken schema ‘ s kan verminderen bijtanken tijd tot een paar dagen en toestaan bijtanken optreden op een kortere periodiciteit.
Controlehet
in het vermogen van de PWRs-reactor kan worden gezien als de volgende vraag naar stoom (turbine) als gevolg van de terugkoppeling van de reactiviteit van de temperatuurverandering veroorzaakt door een verhoogde of verminderde stoomstroom. (Zie: negatieve temperatuurcoëfficiënt.) Borium en cadmiumstaven worden gebruikt om de temperatuur van het primaire systeem op het gewenste punt te houden. Om het vermogen te verminderen, Throttle de operator sluit turbine inlaatkleppen. Dit zou ertoe leiden dat er minder stoom uit de stoomgeneratoren wordt gehaald. Dit resulteert in de primaire lus verhoging van de temperatuur. De hogere temperatuur zorgt ervoor dat de dichtheid van de primaire reactor koelvloeistof water te verminderen, waardoor hogere neutronensnelheden, dus minder splijting en verminderd vermogen. Deze afname van het vermogen zal uiteindelijk resulteren in een terugkeer van de primaire systeemtemperatuur naar de vorige steady-state waarde. De operator kan de bedrijfstemperatuur van de stationaire toestand regelen door toevoeging van boorzuur en/of beweging van regelstaven.
reactiviteitsaanpassing om 100% vermogen te behouden naarmate de splijtstof in de meeste commerciële PWR ‘ s wordt verbrand, wordt normaal bereikt door de concentratie van boorzuur opgelost in het koelmiddel van de primaire reactor te variëren. Boor absorbeert neutronen gemakkelijk en het verhogen of verlagen van de concentratie in het reactorkoelmiddel zal daarom de neutronenactiviteit dienovereenkomstig beïnvloeden. Een volledig regelsysteem met hogedrukpompen (meestal het laad-en afvoersysteem genoemd) is nodig om water uit de hogedruk primaire kringloop te verwijderen en het water opnieuw in te spuiten met verschillende concentraties boorzuur. De regelstaven van de reactor, die door de kop van het reactorvat rechtstreeks in de splijtstofbundels worden ingebracht, worden om de volgende redenen verplaatst::voor het opstarten van de reactor,het stilleggen van de primaire kernreacties in de reactor,het opvangen van kortstondige transiënten, zoals veranderingen in de belasting van de turbine,
kunnen de regelstaven ook worden gebruikt om de inventaris van nucleaire gifstoffen en de uitputting van de splijtstof te compenseren. Deze effecten worden echter meestal opgevangen door de concentratie van het primaire koelmiddel boorzuur te wijzigen.
BWRs daarentegen hebben geen boor in het reactorkoelmiddel en regelen het reactorvermogen door het debiet van het reactorkoelmiddel aan te passen.