راکتورهای آب سبک تحت فشار

راکتورهای آب سبک تحت فشار PWR(همچنینVVER که از نوع طراحی روسی است) مولدهای نیرو هستند. راکتور های نیروی هسته ای  که معمولا از آب تحت فشاربالا (آب زیاد از حد گرم شده ) به عنوان ماده سرد کننده برای انتقال گرمای تولید شده توسط واکنش زنجیره ای هسته ای از سوخت هسته ای استفاده می کنند و به عنوان یک تعدیل کنند? حرارتی نوترون گدازآور آنچنان که این با سوخت هسته ای فعل و انفعالات داخلی برای نگهداری و حفظ واکنش زنجیره ای دارد. اولین حلق? ماده سرد کننده برای جلوگیری از رسیدن آب به حد جوشان تحت فشار بالا قرار می گیرد.  ،همان طور که از اسم آن مشخص استPWR متداول ترین نمونه از راکتور تولید نیروی هسته ای است و در بسیاری از موارد درنیروگاه ها ، کشتی ها و زیر دریایی ها ، در همه جای دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. بیش از 230 عدد از آنها در تاسیسات نیروی هسته ای برای ساخت نیروی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند، و بیش از  چند صد عدد دیگر در نیروی محرکه  دریایی در ناوهای (حمل کننده)هواپیما ها و جت ها ، زیر دریایی ها و یخ شکن ها. آنها اساسا در آزمایشگاه ملیOak Ridge  در آمریکا به دنبال کار انجام داده شده توسط آزمایشگاه نیروی اتمی Bettis برای استفاده درتاسیسات نیروی هسته ای زیر دریایی طراحی شده  بودند.

مقدمه

سوخت هسته ای در مخزن راکتور در واکنش زنجیره ای شکاف هسته ای ،همانی که گرما تولید می کند استفاده می شود، گرمایشِ  آب در اولین حلقه مواد خنک کننده توسط رسانایی گرمایشی از میان هسته هادی سوخت منتقل می شود. (اولین حلقه مواد سرد کننده در یک طرح با این علامت – قرمزرنگ نمایش داده شده ) . گرمای مواد سرد کنند? اولیه در یک تبادلگر گرمایی که ژنراتوربخار نامیده می شود، پمپ می شود. جایی که گرما به مواد سردکننده ثانویه با فشار کمتر انتقال داده می شود که با  تبخیرشدن  فشار بخار را زیاد تر می کند (درشکل  نشان داده شده    حلقه ژنراتور بخار ، توربین، خازن) انتقال گرما بدون مخلوط کردن دو جسم سیال لغو می شود، از آنجا که مواد سرد کننده اولیه لازم است  رادیو اکتیوباشد،مطلوب تر است.

در یک نیروگاه هسته ای ،فشار بخار از یک توربین بخاری  تامین می شود که یک ژنراتور برقی  متصل به یک شبکه برق را برای توزیع می گرداند. همانطور که درشکل بالا نشان داده شده بعد از گذر از میان توربین مواد سرد کننده ثانویه (مخلوطی از آب و بخار) دریک خازن قبل از ورود به ژنراتور بخار سرد و متراکم می شوند. خازن  بخار را به آب تبدیل می کند به طوری که می تواند دوباره به ژنراتور بخار پمپ شود و خلا را در قسمت خروجی توربین حفظ کند آنچنان که  فشار در این طرف توربین افت می کند، بنا براین انرژی استخراج شده از بخار به آخرین درجه ممکن افزایش می یابد.

دیگر استفاده های بخار از یک PWR شامل

• در کشتی های هسته ای و زیردریایی ها، بخار گرفته شده از توربین متصل به یک دستگاه سریع چرخ دهنده احیا کننده  برای یک محور استوانه ای استفاده می شود تا نیروی محرکه را تولید کند.

• هدایت مکانیکی واکنش توسط انبساط بخار را برای چیزهایی شبیه یک پرتاب کننده هوایی به کار می برد.

• بخش گرمایشی  بخار

برای راکتور آب سنگین وقتی که با دیگر نمونه های راکتور مقایسه می شوند دو مشخصه ویژه وجود دارد:

1. دریک PWR دوحلقه مواد سرد کننده جداگانه وجود دارد (اولیه و ثانویه) که هر دو از آب یون زدوده انباشته هستند. یک راکتور آب جوشان در مقابل فقط یک حلقه سرد کننده دارد، در حالی که مدلهای خیلی عجیب تر مانند راکتور زاینده مواد چنین چیزی وجود ندارد.

2. فشار در حلقه اولیه مواد سرد کننده به طور نمونه 15 -16 مگا پاسکال است، که به طور قابل ملاحظه ای بالاتر از دیگر راکتورها ی هسته ای است، و تقریبا دو برابر راکتور آب جوشانBWR می باشد.

مواد سرد کننده

آب سبک در PWR به عنوان اولین ماده سرد کننده به کار می رود. آب از انتهای هست? درونی راکتوربا درج? حدود 275 درجه سلسیوس وارد می شود و به محض اینکه از درون راکتور به طرف بالا جاری می شود تا حدود 315 درجه سلسیوس گرم می شود. با وجود درجه حرارت بالای ناشی از فشار زیاد در اولین حلق? سرد کننده، معمولا حدود 155 bar آب به صورت مایع باقی می ماند.

فشار در مسیر گردش اولیه توسط یک تنظیم کننده فشار هوا برقرار می شود، یک مخزن مجزا که تا اندازه ای انباشته از آبی است که در یک درجه حرارت کامل (نقطه جوش) گرم شده به اولین مسیر گردش متصل شده تا فشار مطلوب توسط هیتر های الکتریکی غوطه ور شده برقرار باشد. برای رسیدن به فشار 155bar  ، گرمای تنظیم کننده ی فشار در 345درجه سلسیوس برقرار شده و به زیر خنک کننده(sub cooling) آبی 30 درجه سلسیوس حرارت را می دهد(تفاوت بین حرارت فشار داخلی و بالا ترین درجه حرارت در هست? راکتور). برای دست یافتن به بالا ترین انتقال گرما، در اولین مسیر گردش گرمایی، فشار و سرعت جریان، برقرار می شوند تا درآن مواد سرد کننده قرار بگیرند.

مواد سرد کننده دراولین مسیرگردش توسط پمپ های قوی پمپ می شوند که هر کدام می توانند 6 MW (مگاوات) مصرف داشته باشند.

بعد از اینکه ماده خنک کننده گرما را به محض عبور از درون هسته راکتور می گیرد، اولین مواد سرد کننده گرما رابه آب یک ژنراتور بخار می دهد تا در مسیر گردش فرعیِ با فشار کمتر، ماده سرد کننده دوم تا جایی که می توانداز بخار اشباع کند،  که این در اکثر طرحها-6.2 Mpa(60atm psia900)275درجه سلسیوس - در توربین بخار مورد استفاده قرار گیرد.ماده سرد کننده اولیه که حالا سرد شده باز به راکتور پمپ می شود تا دوباره گرم بشود.

اگر چه جریان مواد سرد کننده در انواع PWRهای تجاری همیشه سریع است، در راکتور های هسته ای مورد استفاده در کشتی ها و ناوهای دریایی آمریکا این گونه نیست.