Πυρηνικός αντιδραστήρας βαρέος ύδατος CANDU: Πώς λειτουργεί

Ο πυρηνικός αντιδραστήρας CANDU πήρε το όνομά του, επειδή αυτός ο σχεδιασμός αντιδραστήρα βαρέος ύδατος αναπτύχθηκε στον Καναδά - αντιπροσωπεύει τον Καναδά ουρανίου δευτερίου. Το δευτέριο είναι το κύριο στοιχείο στο βαρύ ύδωρ και το ουράνιο είναι το καύσιμο που χρησιμοποιείται σε αυτή την κατηγορία αντιδραστήρων.

Πυρηνικοί αντιδραστήρες βαρέων υδάτων CANDU παγκοσμίως

Όλοι οι 20 πυρηνικοί αντιδραστήρες του Καναδά είναι σχεδιασμένοι από το CANDU. Άλλα έθνη με αντιδραστήρες CANDU περιλαμβάνουν την Αργεντινή, την Κίνα, την Ινδία, τη Νότια Κορέα, το Πακιστάν και τη Ρουμανία. Η Ινδία έχει επίσης 16 παράγωγα CANDU, ή γενικούς αντιδραστήρες μετριασμένου βαρέως ύδατος. Οι 48 αντιδραστήρες CANDU και τα παράγωγα CANDU αποτελούν σχεδόν το 11% των αντιδραστήρων παγκοσμίως.

Εκτιμάται ότι οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιούν το σχεδιασμό CANDU παράγουν περισσότερα από 23.000 megawatts, περίπου το 21% της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από την πυρηνική ενέργεια. Ένα μεγαβάτ είναι γενικά αρκετό για να τροφοδοτήσει 750 σπίτια μέσου μεγέθους.

Πώς αντιδρούν οι αντιδραστήρες CANDU από τους αντιδραστήρες ελαφρού ύδατος

Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες βαρέως ύδατος και οι πυρηνικοί αντιδραστήρες ελαφρού ύδατος διαφέρουν ως προς τον τρόπο με τον οποίο δημιουργούν και διαχειρίζονται τη σύνθετη φυσική της πυρηνικής σχάσης ή της διάσπασης ατόμων, η οποία παράγει την ενέργεια και τη θερμότητα για να δημιουργήσει ατμό για να οδηγήσει γεννήτριες. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται στις ΗΠΑ είναι όλα τα σχέδια ελαφρού ύδατος. Διάφορες μεγάλες διαφορές κάνουν διάκριση μεταξύ των αντιδραστήρων ελαφρού ύδατος και του μοντέλου CANDU με βαρέα νερά, τα οποία περιλαμβάνουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά σχεδίασης.

Πυρήνας:Ο πυρήνας ενός αντιδραστήρα CANDU διατηρείται σε μια οριζόντια, κυλινδρική δεξαμενή που ονομάζεται καλανδρία. Τα κανάλια καυσίμων τρέχουν από το ένα άκρο της καλάνδριας στην άλλη. Κάθε κανάλι μέσα στην καλνανδρία έχει δύο ομόκεντρους σωλήνες. Ο εξωτερικός σωλήνας είναι ο σωλήνας calandria και ο εσωτερικός είναι ο σωλήνας πίεσης. Ο εσωτερικός σωλήνας συγκρατεί το καύσιμο και το ψυκτικό υγρό βαρύ ύδωρ υπό πίεση. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει τον ανεφοδιασμό κατά τη λειτουργία.

Αντιθέτως, ο πυρήνας ενός αντιδραστήρα ελαφρού ύδατος είναι κατακόρυφος και περιέχει κατακόρυφα συγκροτήματα καυσίμου που είναι δέσμες μεταλλικών σωλήνων γεμισμένων με σφαιρίδια καυσίμων. Ο πυρήνας του αντιδραστήρα διατηρείται σε ένα δοχείο συγκράτησης.

Καύσιμα:Σε αντίθεση με άλλους πυρηνικούς αντιδραστήρες που έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμοποιούν ως εμπλουτισμένο καύσιμο εμπλουτισμένου ουρανίου και ελαφρύ ύδωρ, οι αντιδραστήρες βαρέος ύδατος CANDU χρησιμοποιούν ως επιβραδυντή μη εμπλουτισμένο, φυσικό οξείδιο ουρανίου ως καύσιμο και βαρύ ύδωρ.

Μεσολαβητής: Ο συντονιστής είναι το υλικό στον πυρήνα του αντιδραστήρα που επιβραδύνει τα νετρόνια που απελευθερώνονται από την σχάση, ώστε να προκαλέσουν περισσότερη σχάση και να διατηρήσουν την αλυσιδωτή αντίδραση. Ο συντονιστής σε αντιδραστήρες ελαφρού ύδατος είναι συνηθισμένο νερό, αλλά ο αντιδραστήρας βαρέος ύδατος CANDU χρησιμοποιεί βαρύ ύδωρ ή οξείδιο δευτερίου, που έχει χημικό τύπο D20.

Σε αντίθεση με το συνηθισμένο νερό με τη γνωστή χημική του σύνθεση H20, το βαρύ ύδωρ περιλαμβάνει δύο άτομα δευτερίου. Σε αντίθεση με το συνηθισμένο υδρογόνο που δεν έχει νετρόνια και πρωτόνιο στην πιο κοινή μορφή του, το δευτέριο έχει ένα νετρόνιο στο κέντρο του.

Ψυκτικό:Το ψυκτικό μέσο κυκλοφορεί μέσω πυρήνα του πυρηνικού αντιδραστήρα για να μεταφέρει τη θερμότητα μακριά από αυτό και να αποτρέψει μια κατάρρευση που θα σταματούσε την παραγωγή ενέργειας. Ο μετρητής νερού λειτουργεί επίσης ως πρωτεύον ψυκτικό μέσο σε αντιδραστήρες ελαφρού ύδατος. Ο αντιδραστήρας CANDU χρησιμοποιεί είτε ψυκτικό υγρό ελαφρύ είτε βαρύ νερό.

Πώς λειτουργεί ένας αντιδραστήρας CANDU για να κάνει ηλεκτρική ενέργεια

Το ψυκτικό υγρό βαρέως ύδατος αντλείται μέσω των σωλήνων του πυρήνα του αντιδραστήρα σε κλειστό βρόχο. Οι σωλήνες περιέχουν δέσμες καυσίμων για να αντλήσουν θερμότητα που παράγεται από την πυρηνική σχάση που λαμβάνει χώρα στον πυρήνα.Ο βρόχος ψυκτικού υγρού βράχου διέρχεται από ατμογεννήτριες όπου η θερμότητα από το βαρύ νερό βράζει κανονικό νερό σε ατμό υψηλής πίεσης. Το βαρύ ύδωρ, πλέον ψυχρό, κυκλοφορεί πίσω στον αντιδραστήρα καθώς συνεχίζεται ο κύκλος ψύξης κλειστού βρόχου.

Ο ατμός υψηλής πίεσης από τη γεννήτρια ατμού διοχετεύεται έξω από το κτήριο συγκράτησης του αντιδραστήρα για την τροφοδοσία συμβατικών στροβίλων. Αυτοί οι στρόβιλοι κινούν γεννήτριες για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια που στη συνέχεια διανέμεται στο δίκτυο. Ο πυρηνικός αντιδραστήρας είναι ξεχωριστός από τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο ατμός που βγαίνει από τον στρόβιλο συμπυκνώνεται πίσω στο νερό και αντλείται πίσω στη γεννήτρια ατμού.