Jak działają kanadyjskie reaktory jądrowe CANDU Heavy Water Nuclear Reactors
Reaktor jądrowy CANDU otrzymał swoją nazwę, ponieważ projekt reaktora z ciężką wodą został opracowany w Kanadzie - to znaczy CANADA Deuterium Uranium. Deuter jest pierwszorzędnym pierwiastkiem w ciężkiej wodzie, a uran jest paliwem stosowanym w tej klasie reaktorów.
CANDU Reaktory jądrowe ciężkiej wody na całym świecie
Wszystkie z 20 reaktorów jądrowych w Kanadzie mają konstrukcję CANDU. Inne kraje z reaktorami CANDU to Argentyna, Chiny, Indie, Korea Południowa, Pakistan i Rumunia.
Indie mają także 16 "pochodnych CANDU" lub generyczne reaktory o umiarkowanej gęstości wody. 48 reaktorów CANDU i pochodne CANDU stanowią prawie 11 procent reaktorów na całym świecie.
Szacuje się, że elektrownie wykorzystujące projekt CANDU generują ponad 23 000 megawatów, czyli około 21 procent energii elektrycznej wytwarzanej przez energię jądrową. Megawat jest na ogół wystarczający do zasilania 750 średniej wielkości domów.
Jak reaktory CANDU różnią się od lekkich reaktorów wodnych
Reaktory jądrowe ciężkiej wody i reaktory jądrowe z lekką wodą różnią się tym, jak tworzą i zarządzają złożoną fizyką rozszczepienia jądrowego lub rozszczepiania atomów, która wytwarza energię i ciepło, aby wytworzyć parę do napędzania generatorów. Reaktory jądrowe używane w USA są projektami lekkiej wody. Kilka głównych różnic rozróżnia między reaktorami lekkowodnymi a moderowaną konstrukcją ciężkiej wody CANDU, które obejmują następujące cechy konstrukcyjne.
Rdzeń: Rdzeń reaktora CANDU przechowywany jest w poziomym cylindrycznym zbiorniku zwanym kalandria. Kanały paliwowe biegną od jednego końca calandrii do drugiego. Każdy kanał w calandrii ma dwie koncentryczne rurki. Zewnętrzna rura to rura kalandria, a wewnętrzna rura ciśnieniowa. Wewnętrzna rura utrzymuje paliwo i pod ciśnieniem ciężki płyn chłodzący.
Ta konstrukcja umożliwia tankowanie podczas pracy.
Natomiast rdzeń reaktora lekkiej wody jest pionowy i zawiera pionowe zespoły paliwowe, które są wiązkami metalowych rurek wypełnionych pelletami paliwowymi. Rdzeń reaktora jest przechowywany w naczyniu przechowawczym.
Paliwo: w przeciwieństwie do innych reaktorów jądrowych zaprojektowanych do stosowania wzbogaconego paliwa uranowego i lekkiej wody jako moderatora, reaktory ciężkiej wody CANDU wykorzystują nie wzbogacony, naturalny tlenek uranu jako paliwo i ciężką wodę jako moderator.
Moderator: Moderator jest materiałem w rdzeniu reaktora, który spowalnia neutrony uwalniane z rozszczepienia, powodując więcej rozszczepienia i podtrzymując reakcję łańcuchową. Moderatorem w reaktorach z wodą lekką jest zwykła woda, ale reaktor ciężkiej wody CANDU wykorzystuje ciężką wodę lub tlenek deuteru, który ma wzór chemiczny D20.
W przeciwieństwie do zwykłej wody o znanym składzie chemicznym H20, ciężka woda zawiera dwa atomy deuteru. W przeciwieństwie do zwykłego wodoru, który nie ma neutronu i protonu w swojej najczęstszej postaci, deuter ma w swoim środku neutron.
Chłodziwo: Chłodziwo krąży w rdzeniu reaktora jądrowego, aby oddzielić ciepło od niego i zapobiec stopieniu, które zatrzymałoby produkcję energii. Moderator wody działa również jako główny czynnik chłodzący w reaktorach z wodą lekką.
Reaktor CANDU wykorzystuje chłodziwo lekkie lub ciężkie.
Jak reaktor CANDU pracuje, by wytwarzać energię elektryczną
Ciężki płyn chłodzący jest przepompowywany przez rurę rdzenia reaktora w zamkniętej pętli. Rurki zawierają wiązki paliw do odbioru ciepła wytworzonego z rozszczepienia jądrowego zachodzącego w rdzeniu. Pętla ciężkiej wody chłodzącej przechodzi przez generatory pary, gdzie ciepło z ciężkiej wody sprowadza zwykłą wodę do pary pod wysokim ciśnieniem. Ciężka woda, teraz chłodniejsza, jest zawracana do reaktora, gdy cykl chłodzenia w pętli zamkniętej trwa.
Para wysokociśnieniowa z wytwornicy pary jest wyprowadzana poza budynek obudowy reaktora w celu zasilania konwencjonalnych turbin. Turbiny te napędzają generatory, aby wytwarzać energię elektryczną, która następnie jest dystrybuowana do sieci. Reaktor jądrowy jest oddzielny od sprzętu używanego do produkcji energii elektrycznej.
Para wychodząca z turbiny jest skraplana z powrotem do wody i jest pompowana z powrotem do generatora pary.