Reaktor wodny ciśnieniowy (PWR)
Reaktory wodne ciśnieniowe, z ang. Pressurized Water Reactor – PWR, posiadają trzy obiegi wody. W jednym obiegu krąży woda (pozostająca w stanie ciekłym dzięki wysokiemu ciśnieniu w rdzeniu reaktora), która chłodzi elementy paliwowe. Woda ta, za pomocą wymiennika ciepła, ogrzewa drugi obieg (wtórny). Para tworzona w drugim obiegu porusza turbiny.
Budowa
Na poniższym rysunku widać wyraźnie trzy obiegi wody: woda obiegu pierwotnego przepływa przez reaktor i odbiera generowane w nim ciepło, a następnie oddaje je w wytwornicy pary do wody obiegu wtórnego, w wyniku czego woda w obiegu wtórnym wrze, a powstająca para napędza turbinę. Trzeci obieg, tzw. obieg wody chłodzącej, ochładza w kondensatorze parę z obiegu wtórnego powodując ponowne jej skroplenie. Cały moduł „Budowa reaktora jądrowego” zawiera szczegóły dotyczące budowy i zasady działania reaktora wodnego ciśnieniowego. Zachęcamy do rozpoczęcia lektury od rozdziału →Rdzeń reaktora jądrowego.
Cechy charakterystyczne
Najważniejsza korzyść układu z trzema obiegami chłodzenia: woda, która obmywa reaktor, pozostaje w budynku z reaktorem i jest oddzielona od obiegów wody w maszynowni. Turbina i maszynownia nie muszą zatem być szczególnie zabezpieczone przed wydostawaniem się substancji promieniotwórczych.
Z drugiej jednak strony w tego rodzaju reaktorach nie występuje „efekt samoregulacji” dotyczący wytwarzania pary – taki, jak w reaktorach z wrzącą wodą, o którym można przeczytać w rozdziale →Reaktor wodny wrzący (BWR). Aby zatem sterować reaktorem wodnym ciśnieniowym, poza prętami regulacyjnymi, do wody chłodzącej reaktor dodaje się kwas borowy. Bor pochłania neutrony, stąd sterowanie reaktorem jest możliwe poprzez zmienianie koncentracji kwasu borowego (patrz rozdział →Sterowanie reakcją łańcuchową).
Zbiornik ciśnieniowy reaktora musi wytrzymać ogromne ciśnienie, znacznie wyższe niż w reaktorze wodnym wrzącym. Dlatego też ściany zbiornika reaktora muszą być odpowiednio grube – 20-25 cm – i mogą ważyć ponad 500 ton.
W skrócie
- Znaczna większość elektrowni jądrowych jest chłodzona zwykłą wodą → w reaktorze PWR woda jest w stanie ciekłym → temperatura jest zawsze poniżej 375 °C;
- Pierwszym i wciąż najpopularniejszym rodzajem reaktora z lekką wodą jest reaktor z wodą pod ciśnieniem → w reaktorze PWR ciśnienie wynosi zwykle około 15,5 MPa (155 barów);
- Paliwo w reaktorze PWR to lekko wzbogacony uran (3–5%);
- Główna zaleta PWR: radioaktywny woda chłodząca reaktor jest skutecznie oddzielona od środowiska;
- Technologia PWR okazała się niezawodna i opłacalna.
Reaktor wodny ciśnieniowy w Polsce
Program Polskiej Energetyki Jądrowej zakłada budowę reaktora wodnego ciśnieniowego. Oferowane są trzy technologie – reaktor AP1000 firmy Westinghouse, reaktor APR1400 firmy KEPCO Engineering & Construction oraz reaktor EPR (European Pressurized Reactor) firmy EDF, których porównanie dokonano w poniższej tabeli. Dla pierwszej polskiej elektrowni jądrowej w listopadzie 2022 wybrany został reaktor AP-1000.
| Parametr | AP1000 | APR1400 | EPR |
|---|---|---|---|
| Moc elektryczna netto, MWe | 1110 (1200) | 1450 (1400) | 1650 |
| Moc cieplna rdzenia, MWt | 3415 (3400) | 4000 (3983) | 4500 (4590) |
| Sprawność, % | 32,6 | 35,1 | 36 |
| Czas eksploatacji, lata | 60 | 60 | 60 |
| Liczba kaset paliwowych w rdzeniu | 157 | 241 | 241 |
| Siatka kasety paliwowej | 17x17 | 16x16 | 17x17 |
| Materiał paliwowy | UO2 | UO2 | UO2 lub MOX |
| Maksymalne wzbogacenie paliwa w U-235, % | ≤5 | 3,64 | ≤5 |