tryckvattenreaktorer, som alla termiska reaktorkonstruktioner, kräver att de snabba klyvningsneutronerna bromsas (en process som kallas moderering eller termisering) för att interagera med kärnbränslet och upprätthålla kedjereaktionen. I PWR används kylvatten som moderator genom att låta neutronerna genomgå flera kollisioner med lätta väteatomer i vattnet och förlora hastigheten i processen. Denna” moderering ” av neutroner kommer att hända oftare när vattnet är tätare (fler kollisioner kommer att inträffa). Användningen av vatten som moderator är en viktig säkerhetsfunktion hos PWR, eftersom en ökning av temperaturen kan få vattnet att expandera, vilket ger större ’luckor’ mellan vattenmolekylerna och minskar sannolikheten för termisering — vilket minskar i vilken utsträckning neutroner saktas och därmed minskar reaktiviteten i reaktorn. Därför, om reaktiviteten ökar utöver det normala, kommer den reducerade modereringen av neutroner att orsaka kedjereaktionen att sakta ner, vilket ger mindre värme. Denna egenskap, känd som den negativa temperaturkoefficienten för reaktivitet, gör PWR-reaktorer mycket stabila. Denna process kallas ’självreglerande’, dvs Ju varmare kylvätskan blir, desto mindre reaktiv blir anläggningen, stänger sig något för att kompensera och vice versa. Således kontrollerar anläggningen sig runt en given temperatur som ställs in av styrstavarnas läge.
däremot har RBMK-reaktordesignen som används vid Tjernobyl, som använder grafit istället för vatten som moderator och använder kokande vatten som kylvätska, en stor positiv termisk reaktivitetskoefficient som ökar värmeproduktionen när kylvätsketemperaturerna ökar. Detta gör RBMK-designen mindre stabil än tryckvattenreaktorer. Förutom sin egenskap att sakta ner neutroner när de fungerar som moderator, har vatten också en egenskap att absorbera neutroner, om än i mindre grad. När kylvätskans vattentemperatur ökar ökar kokningen, vilket skapar tomrum. Således finns det mindre vatten för att absorbera termiska neutroner som redan har bromsats av grafitmoderatorn, vilket orsakar en ökning av reaktiviteten. Denna egenskap kallas void-koefficienten för reaktivitet, och i en RBMK-reaktor som Tjernobyl är void-koefficienten positiv och ganska stor, vilket orsakar snabba transienter.Denna designkaraktäristik för RBMK-reaktorn ses generellt som en av flera orsaker till Tjernobylkatastrofen.
tungt vatten har mycket låg neutronabsorption, så tungvattenreaktorer tenderar att ha en positiv tomrumskoefficient, även om CANDU-reaktordesignen mildrar denna fråga genom att använda oberikat, naturligt uran; dessa reaktorer är också utformade med ett antal passiva säkerhetssystem som inte finns i den ursprungliga RBMK-designen.
PWR: er är utformade för att bibehållas i ett undermåttat tillstånd, vilket innebär att det finns utrymme för ökad vattenvolym eller densitet för att ytterligare öka måttligheten, för om måttlighet var nära mättnad, kan en minskning av moderatorns/kylvätskans densitet minska neutronabsorptionen avsevärt samtidigt som modereringen endast minskas något, vilket gör tomhetskoefficienten positiv. Dessutom är lätt vatten faktiskt en något starkare moderator av neutroner än tungt vatten, även om tungvattenabsorptionen är mycket lägre. På grund av dessa två fakta har lättvattenreaktorer en relativt liten moderatorvolym och har därför kompakta kärnor. En nästa generations design, den superkritiska vattenreaktorn, är ännu mindre modererad. Ett mindre modererat neutronenergispektrum förvärrar infångnings – / fissionsförhållandet för 235U och särskilt 239pu, vilket innebär att fler klyvbara kärnor misslyckas med att klyva på neutronabsorption och istället fånga neutronen för att bli en tyngre icke-fissil isotop, slösa bort en eller flera neutroner och öka ackumuleringen av tunga transuraniska aktinider, av vilka några har långa halveringstider.
Bränsleredigera
efter anrikning avfyras urandioxiden (UO
2) pulver i en hög temperatur, sintringsugn för att skapa hårda, keramiska pellets av anrikad urandioxid. De cylindriska pelletsna kläds sedan i en korrosionsbeständig zirkoniummetalllegering Zircaloy som återfylls med helium för att underlätta värmeledning och detektera läckage. Zircaloy väljs på grund av dess mekaniska egenskaper och dess låga absorptionstvärsnitt. De färdiga bränslestavarna är grupperade i bränsleaggregat, kallade bränslebuntar, som sedan används för att bygga reaktorns kärna. En typisk PWR har bränsleaggregat på 200 till 300 stavar vardera, och en stor reaktor skulle ha cirka 150-250 sådana aggregat med 80-100 ton uran i alla. I allmänhet består bränslebuntarna av bränslestavar buntade 14 14-17 17. En PWR producerar i storleksordningen 900 till 1600 MWe. PWR-bränslebuntar är cirka 4 meter långa.
Refuelings för de flesta kommersiella PWR är på en 18-24 månaders cykel. Ungefär en tredjedel av kärnan ersätts varje tankning, även om vissa mer moderna tankningsplaner kan minska tankningstiden till några dagar och tillåta tankning att ske på kortare periodicitet.
ControlEdit
i pwrs reaktorkraft kan ses som följande ånga (turbin) efterfrågan på grund av reaktivitetsåterkoppling av temperaturförändringen orsakad av ökat eller minskat ångflöde. (Se: negativ temperaturkoefficient.) Bor-och kadmiumkontrollstavar används för att upprätthålla primär systemtemperatur vid önskad punkt. För att minska effekten stänger operatören turbininloppsventiler. Detta skulle resultera i att mindre ånga dras från ånggeneratorerna. Detta resulterar i att den primära slingan ökar i temperatur. Den högre temperaturen gör att densiteten hos det primära reaktorkylmedelsvattnet minskar, vilket möjliggör högre neutronhastigheter, vilket ger mindre fission och minskad effekt. Denna minskning av effekten kommer så småningom att resultera i att primär systemtemperatur återgår till sitt tidigare steady-state-värde. Operatören kan styra driftstemperaturen vid steady state genom tillsats av borsyra och/eller rörelse av styrstavar.
reaktivitetsjustering för att bibehålla 100% effekt när bränslet bränns upp i de flesta kommersiella PWR uppnås normalt genom att variera koncentrationen av borsyra upplöst i det primära reaktorkylvätskan. Bor absorberar lätt neutroner och att öka eller minska dess koncentration i reaktorkylvätskan kommer därför att påverka neutronaktiviteten på motsvarande sätt. Ett helt styrsystem som involverar högtryckspumpar (vanligtvis kallat laddnings-och nedgångssystemet) krävs för att avlägsna vatten från högtryckets primära slinga och injicera vattnet igen med olika koncentrationer av borsyra. Reaktorstyrstavarna, som sätts in genom reaktorkärlets huvud direkt i bränslebuntarna, flyttas av följande skäl:för att starta reaktorn, för att stänga av de primära kärnreaktionerna i reaktorn,för att rymma kortvariga transienter, såsom förändringar i belastningen på turbinen,
styrstavarna kan också användas för att kompensera för kärnförgifts inventering och för att kompensera för kärnbränsleutarmning. Dessa effekter tillgodoses emellertid vanligtvis genom att ändra den primära kylmedelskoncentrationen av borsyra.
däremot har BWR: er inget bor i reaktorkylvätskan och styr reaktorkraften genom att justera reaktorns kylvätskeflödeshastighet.