راکتورهای آب سبک تحت فشار - قسمت دوم

در این قسمت به بررسی دیگر بخش های این راکتور می پردازیم:

تعدیل کننده ها

راکتورهای آب سنگین تحت فشار، مانند انواع راکتورهای حرارتی نیازمند این است که سرعت شکسته شدن نوترونهای هسته اتمی در یک ترتیب خاصی کاهش پیدا کند. (که فرآیند اعتدال یا فرآیند گرمایشی نامیده می شود) برای اینکه بتواند همراه یک سوخت هسته ای عمل کند و زنجیره ی واکنش را تقویت کند .درPWR آب سرد کننده به عنوان یک تعدیل کننده استفاده می شود.

در حالی که به نوترونها اجازه می دهد که به همراه کم شدن سرعت در فرآیند دستخوش چندین برخورد با اتم های سبک هیدروژن در آب شوند.

این " تعدیل شدن " نوترونها اغلب اوقات هنگامی رخ می دهد که آب متراکم شود(برخورد های بیشتری اتفاق می افتد).

استفاده از آب به عنوان یک تعدیل کننده یک طرح ایمنی مهم درPWR ها به حساب می ایند، چون هر افزایش حرارتی که باعث شود آب منبسط شود ، تراکمش کمترمی  شود و به موجب آن وسعت نوترونهایی که سرعتشان کم است ،نیز کاهش می یابد و در نهایت از واکنش پذیری راکتور کم می شود .از این رو ،اگر واکنش پذیری بیشتر از حد نرمال افزایش یابد، کاهش تعدیل نوترونها دلیل  پایین آمدن زنجیر? واکنش خواهد شد و گرمای کمتری تولید می شود.

این ویژگی خاص که به عنوان ضریب حرارتی منفی ِ واکنش پذیری شناخته می شود.راکتورهای PWR  را بسیار استوار کرده است.

در مقابل طرح راکتورهای RBMK  که در چرنوبیل استفاده می شوند  ازگرافیت به جای آب به عنوان تعدیل کننده استفاده می کنند و از بخار آب به عنوان سرد کننده ،این راکتورها یک ضریب واکنش پذیری مثبت بالایی دارد، که گرمای تولید شده را هنگامی که حرارت آب افزایش پیدا می کند ، افزایش می دهد. این ویژگی نوع RBMK را نسبت به راکتورهای آب سنگین تحت فشار  کمتر استوار می کند ، به علاوه خاصیت کم شدن نوترونهای آن ، هنگامی که به عنوان یک تعدیل  کننده انجام وظیفه می کند، آب نیز یک خاصیت جذب کننده نوترون نیز پیدا می کند ولو اینکه از درجه کمتری باشد. وقتی حرارت آب خنک کننده افزایش می یابد ،جوشش زیاد می شود و فضاهای خالی ایجاد می کنند. بدین ترتیب آب کمتری برای جذب حرارت نوترونها یی که به تازگی توسط گرافیک تعدیل کننده کند شده اند ،وجود دارد. این دلیل یک افزایش در واکنش پذیری است.

این ویژگی ضریب خلا ءواکنش پذیری نامیده می شود و در یک راکتور RBMK شبیه چرنوبیل ،ضریب خلاء مثبت است و تقریبا وسیع ، که مسبب گذر سریع می شود.این خصوصیت از طراحی راکتور RBMK معمولا به عنوان یکی از چندین دلیل حادثه چرنوبیل به نظر می رسد.

راکتور های CANDU (که از آب سنگین به عنوان مواد سرد کننده و تعدیل کننده نوترون استفاده می کنند) هم ضریب خلاء مثبت دارند، گر چه که به انداز? RBMK شبیه چرنوبیل ،بزرگ نیست . این راکتورها با یک عدد از سیستم های ایمنی طراحی شده اند  که دریک RBMK به چشم نمی خورد.همانی که برای پیش بردن یا واکنش نشان دادن فقط به هنگتم نیاز طراحی شده است.

سوخت

بعداز غنی سازی پودر دی اکسید اورانیوم در یک درجه حرارت بالا آتش میگیرد ، خاکستر و رسوب مشتعل شده برای تولید سرامیک های گلوله ای دی اکسید اورانیوم غنی شده، سخت می شوند.

گلوله های استوانه ای شکل از یک زنگ زدگی مقاوم آلیاژ فلزی زیرکونیم پوشیده شده که برای کمک به رسانش گرمایی ونشست کردن با هلیم آکنده شده اند.

آلیاژ زیرکونیم به خاطرویژگی های مکانیکی اش و پایین بودن قسمت عرضی جذب اش انتخاب شده است.  میله های سوخت تمام شده که در مجموع? سوخت دسته بندی می شوند، بست? سوخت نامیده می شوند که برای ساختن هست? راکتور مورد استفاده قرار می گیرند.

به عنوان یک مقیاس  ایمنی برای PWR  طراح ها شامل اورانیوم شکاف پذیر برانگیختگی خطرناک را در زنجیره واکنش تقویت می کند، نمی شود(ماده اصلی فقط نوترونها را برانگیختگه می کند)

ممانعت از برانگیختگی خطرناک ،مهم است زیرا یک برانگیختگی خطرناک در زنجیره واکنش می تواند خیلی سریع انرژی کافی برای ویران کردن یا حتی ذوب کردن راکتور را تولید کند. یک نمونه بارز PWR مجموعه های سوختی از 200 تا 300 برای هر میله را دارد .و یک راکتور بزرگ می تواند حدود 150-250  تا مجموعه  با 80 -100 تن از اورانیوم در کل را داشته باشد.عموما ،بسته ها ی سوخت شامل بسته های میله های سوخت14 *14 به 17*17 است . یک PWR در حدود  900 تا 1500 MW تولید میکند.  بسته های سوخت PWR حدودا 4 متر ارتفاع دارند.سوخت گیری مجدد برای بیشتر PWR های تجاری در هردور? 18-24 ماه انجام می شود.تقریبا یک سومِ درون هسته درهر سوختگیری جای گزین می شود.

مخزن راکتور PWR

بور و میله های قدرت برای  برقراری و حفظ سیستم حرارتی اولیه درنقطه مطلوب استفاده می شوند. برا ی کاهش پودر، گرداننده دریچه کنترل بخار،دهان? والف های توربین رامی بندد.

این عمل می تواند باعث شود که در بخار کمتری از ژنراتورهای بخار خارج شود. این عمل بر روی افزایش حرارت در اولین حلقه اثر می گذارد.

حرارت بالا باعث می شود که راکتور کمتر عمل شکاف هسته را انجام دهد و باعث کاهش پودر می شود. سپس گرداننده (عامل کنترل بخار) می تواند اسید بوریک رااضافه کند یامیل? کنترل را برای کاهش حرارات وارد کند که به نتیجه مطلوب برسد.

تنظیم واکنش پذیری برای حفظ کردن100 % پودر، در بیشتر PWR های تجاری ،چون سوخت مصرف می شود ، معمولا توسط گوناگونی تراکم اسید بوریک حل نشده در اولین ماده سرد کننده راکتور انجام می شود. بور به سهولت نوترونها را جذب می کند و بنابراین افزایش یا کاهش متراکم سازی اش در ماده سرد کننده راکتور،به همان اندازه برفعالیت نوترون ها اثر خواهد داشت .

یک سیستم کنترل بی نقص شامل پمپهای فشار قوی (معمولا شارژ کننده و شکست سیستم نامیده می شود )برای برداشتن آب از حلق? اولین فشار بالا و دوباره پاشیده شدن آب با تراکم های متفاوت اسیدبوریک لازم است .

میل? کنترل راکتور که از میان دهانه مخزن راکتوربه طور مستقیم در مجموعه سوخت وارد می شود به دلایل زیر متحرک اند:

• برای روشن کردن راکتور

• برای خاموش کردن راکتور

• برای آماده کردن دوره های ناپایدار و کوتاه مثل عوض کردن بار الکتریکی توربین

میله های کنترل همچنین درموارد زیر استفاده می شوند :

• آماده کردن برای موجودی (سیاه? ) سم هسته ایی

• آماده کردن برای تخلیه سوخت هسته ای

ولی این نتایج بیشتر برای آماده کردن (تطبیق دادن ) با اصلاحِ غلیظ سازی اسید بورهای سرد کنند? اولیه متداول هستند.

در مقابل BWRها بوری درمدار سرد کننده راکتور ندارند و کنترل قدرت راکتور بوسیله تنظیم کردنِ درجه و سرعت جریان مواد سردکننده راکتور انجام می گیرد .به خاطر طراحی و سوخت متفاوت غنی سازی، راکتورهای وابسته به نیروی دریایی از اسید بوره ای استفاده نمی کنند.

مزایای راکتورهای آب سبک تحت فشار

شناخت کامل تکنولوژی آب

قیمت ارزان آب

موثر بودن آب برای کند کردن و کاهش انرژی نوترونها

قلب راکتور متمرکز است

ظرفیت گرمایی زیاد آب

ضریب دمایی منفی حرارت

نشست آب به میزان معمول بلا اشکال است

محصولات شکاف محصور بوده و در چرخش نخواهند بود

رادیو اکتیویته آب (خنک کننده) در صورتیکه خالص نگاه داشته شود کوتاه مدت است

نسبت تبدیل ممکن است بالا باشد

تولید بخار فوق العاده گرم از طریق یک مولد بخار جداگانه امکان پذیر است

شکاف سریع محسوسی قابل حصول است

معایب راکتور های آب سبک تحت فشار

برای دست یابی به درجه حرارت بالا و نرسیدن به نقطه جوش،آب باید تحت فشار زیاد باشد

ساخت میله های سوخت گران است

درجه حرارت محدود به ویژگی های فلزی میله سوخت است

محصولات شکاف در قلب راکتور رادیواکتیو یته زیادی بوجود می آورند

آب داغ خالص شدیدا خورندگی داشته و لذا مدار اولیه لازمست از مواد مخصوصی ساخته شود

سوخت حتما باید حداقل به مقدار کمی غنی سازی شده باشد

مبدل حرارتی و میله های کنترل مورد نیاز می باشد

رادیو اکتیویته اضافی زیاد در درجه حرارت کاری

انتقال حرارت با راندمان به چندان زیاد

مشکل باز فرآوری سوخت

برای سوخت گذاری و سوخت برداری ،راکتور باید حتما خاموش باشد.

در صورت پارگی مدار اولیه آب به صورت بخار فواره خواهد زد.

آب با اورانیوم ،توریم و فلزهای ساختاری تحت شرایطی خاص ایجاد واکنش شیمیایی می کند.

هد حرارتی کم سبب می شود که اندازه مبدل حرارتی، پمپ ها و لوله کشی ها بزرگ انتخاب شوند.

ضرایب کانال داغ قابل توجه هستند.