Nükleer Reaktör Tipleri Adem Erdoğan TAEK, Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi
Kullanım amacına göre reaktörler Güç reaktörleri Isı ve/veya elektrik elde etmek için Araştırma reaktörleri Araştırma amacıyla ısı veya nötron akısı elde etmek için Üretim reaktörleri Üretilen akı ile izotop üretimi yapmak için
Nötron enerjisine göre reaktörler Hızlı Reaktörler Termal Reaktörler
Soğutucusuna göre reaktörler Su soğutmalı reaktörler Hafif sulu Ağır sulu Gas soğutmalı reaktörler Sıvı metal soğutmalı reaktörler
Yavaşlatıcısına (moderatör) göre reaktörler Su Ağır su Grafit Yavaşlatıcı gerektirmeyenler
Kullanılan yakıta göre reaktörler Doğal yakıt kullanan Zenginleştirilmiş yakıt kullanan
Yaygın güç reaktörü tipleri Basınçlı su reaktörü Pressurized water reactor (PWR) Kaynar sulu reaktör Boiling water reactor (BWR) CANDU basınçlı ağır su reaktörü CANDU Pressurized heavy water reactor (PHWR) Gaz soğutmalı reaktör Gas cooled reactor (GCR) Hafif su soğutmalı grafit yavaşlatıcılı reaktör Light water cooled graphite moderated reactor (LWGR) Hızlı üretken reaktör Fast breeder reactor (FBR)
Basınçlı Su Reaktörü (PWR) Termal reaktör Yakıt: Zenginleştirilmiş UO2 (%2-%4) Soğutucu: Su Moderatör: Su Ayırt edici Özellikleri İki aşamalı soğutma sistemi 150 atm. sistem basıncı ile soğutucusu sürekli sıvı formda
PWR: Avantajları Çok yaygın kullanım sayesinde daha çok tecrübe Hafif su ucuzdur ve özellikleri iyi bilinmektedir Daha küçük bir kalp Fisyon ürünleri birinci soğutma devresi içerisinde kalmaktadır
PWR: Dezavantajları Yüksek sistem basıncı güçlü ve daha pahalı borulama ve basınç kabı gerektirir Yakıt yükleme için reaktörün kapatılması gerekir Zenginleştirilmiş yakıt
Kaynar Sulu Reaktör (BWR) Termal reaktör Yakıt: Zenginleştirilmiş UO2 (~%3) Soğutucu: Su Moderatör: Su Ayırt edici Özellikleri Tek döngülü soğutma sistemi Kalp içinde kaynama
BWR: Avantajları Hafif su ucuzdur ve özellikleri iyi bilinmektedir Bazı ara ısı aktarma araçlarına gerek yoktur Daha düşük sistem basıncı Soğutucu akış hızı değiştirilerek kaynama miktarı ve dolayısıyla güç seviyesi ayarlanabilir
BWR: Dezavantajları İki gazlı akıştan dolayı daha zor işletim mühendisliği Kaynamadan dolayı düşük güç üretim yoğunluğu Daha büyük kalp basınç kabı Türbinin fisyon ürünleri tarafından kontamine olması, türbin odasının radyasyon zırhlaması gereği Yakıt yükleme için reaktörün kapatılması gerekir Zenginleştirilmiş yakıt
CANDU Basınçlı ağır su reaktörü Termal reaktör Yakıt: Doğal UO2 Soğutucu: Ağır su Moderatör: Ağır su Ayırt edici Özellikleri Doğal uranyum yakıt Çalışırken yakıt yükleme Ağır su moderatör ve soğutucu
CANDU: Avantajları Ağır su mükemmel bir moderatördür Doğal uranyum dahil herhangi bir yakıt kullanılabilir Fisyon ürünleri birinci soğutma devresi içerisinde kalmaktadır Çalışırken yakıt yüklemesi yapılabilir Soğutucu kaybı durumunda moderatör fazla ısıyı çekmek için kullanılabilir
CANDU: Dezavantajları Ağır su maliyeti büyüktür Yakıt yükleme işlemleri sırasında ağır su kaybına karşı sistem sızdırmazlığının sağlanması gerekmektedir Yüksek birinci soğutma devresi basıncı Büyük kalp
Gas soğutmalı reaktör (GCR) Termal reaktör Yakıt: Doğal UO2 Soğutucu: Gaz (CO 2 veya He) Moderatör: Grafit veya Berilyum Ayırt edici Özellikleri Doğal uranyum yakıt Yüksek verim (%40-50) Gaz soğutucu
GCR: Avantajları Soğutucusu ucuzdur Doğal uranyum dahil herhangi bir yakıt kullanılabilir Soğutucu sistem elemanlarını çok az aşındırır ve etkileşir Yüksek soğutucu sıcaklığı nedeniyle yüksek verim (>%40) Gaz türbini kullanılabilir
GCR: Dezavantajları Büyük ve pahalı reaktör kalbi ve ısı değiştiricileri Düşük yakıt yanma oranları Grafit yavaşlatıcı yanıcı bir malzeme
Hafif su soğutmalı grafit yavaşlatıcılı reaktör (LWGR) Termal reaktör Yakıt: Doğal UO2 Soğutucu: Su Moderatör: Grafit Ayırt edici Özellikleri Doğal uranyum yakıt Çalışırken yakıt yükleme Kalp içinde soğutucu kaynaması
Dünyanın ilk nükleer reaktörünün kontrol odası Obninsk- Sovyetler Birliği LWGR: Avantajları Ayrı basınç tüpleri sayesinde çok sayıda kanal bulundurabilir ve büyük güçlere ulaşılabilir Çalışırken yakıt yüklemesi yapılabilir Doğal uranyum dahil herhangi bir yakıt kullanılabilir
LWGR: Dezavantajları Çok büyük olan reaktör kalbinin kontrolü zordur Soğutucu ve yavaşlatıcının farklı olması pozitif boşluk katsayısına neden olmaktadır Grafit yavaşlatıcı yanıcı bir malzemedir Tasarım büyük kazalara karşı reaktör binası içermemektedir
Hızlı üretken reaktör (FBR) Hızlı reaktör Ayırt edici Özellikleri Yakıt: PuO2/UO2 (%15) Yaktığından fazla yakıt üretmesi Soğutucu: Sıvı Metal (sodyum) Hızlı nötronları kullanması Moderatör: Yok Metal soğutucu
FBR: Avantajları Yavaşlatıcıya gerek yoktur Düşük sistem basıncı (sodyumun sıvı kalma sıcaklığı: 98-892 o C) Sıvı metallerin yüksek performanslı ısı taşıma özelliklerinden yararlanır Yüksek verimli elektromanyetik pompalar kullanılabilir Kullandığından fazla yakıt üretir
FBR: Dezavantajları Sodyum suyla şiddetli bir şekilde raksiyona girer, hava ile de etkileşir (oksijen) Birinci soğutucu devresinden sodyum sızıntısı olasılığına karşı özel önlemler gerekir Monju Reaktörü, Japonya Prototip FBR, 1994'te ilk kez kritik Donan metal soğutucuyu ısıtarak eritmek gerekir Zenginleştirilmiş yakıt gerektirir
Gelişmiş reaktör sistemleri Daha güvenli Daha ekonomik Daha uzun süre çalışabilen reaktörler
Advanced boiling water reactor (ABWR) Tek çevirimli, zorlamalı soğutma sistemli, kaynamalı su reaktörü Basınç kabının içine konulmuş soğutucu çevirim pompaları Geliştirilmiş kontrol çubuğu sistemi Mikro-kontrolör tabanlı dijital kontrol ve lojik sistemler Dijital güvenlik sistemleri Reaktör binası aşırı basınç koruması NRC tarafından onaylanmıştır (1997)
ABWR
AP600 (Westinghouse) 600 MWe gücünde bir basınçlı su reaktörüdür. Pasif ve basıtleştirilmiş güvenlik sistemleri. Doğal çevirimden yararlanan sistemler aktif pompa, dizel güç kaynağı veya başka destek sistemleri gerektirmez. Güvenlikle ilgili olmayan sistemlerde yedekli ve aktif ekipmanla güvenlik sistemlerinin kullanımı minimize edilir. AP1000 (1000 WMe) AP600'a göre daha uzun basınç kabı ve yakıtlar, daha büyük buhar üreteci ve basınçlayıcı NRC tarafından onaylanmıştır (1999) AP1000 ise 2005'te onay almıştır.
AP600
The Economic and Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR) 1390 MWe gücünde General Electric tasarımlı bir kaynamalı su reaktörüdür. ABWR'dan geliştirilmiştir. Sadeleştirmelerle ekonomik bir sistem Pasif güvenlik sistemleri kullanır. Atık ısı çekimi, acil soğutma, reaktör binası soğutma Doğal dolaşımlı soğutma sistemi (pompa yok)
System 80+ (Westinghouse) 1300 MWe gücünde güvenlik sistemleri geliştirilmiş ileri bir basınçlı su reaktörü (NRC 1997'de onaylamıştır). Advanced CANDU 700 700 MWe gücünde bir CANDU tasarımıdır. Hafif zenginleştirilmiş uranyum yakıt ve hafif su soğutucu kullanır. Yavaşlatıcı ağır sudur. Framatome ANP European Passive Reactor (EPR) Yaklaşık 1600 MWe üreten büyük bir basınçlı su reaktörüdür. İki kat reaktör koruma binası ve basınç kabının başarısızlığında soğutma sağlayan ileri bir aktif güvenlik sistemi içerir. Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) Herbiri 165 MWe üreten modüler bir yüksek sıcaklık gaz reaktörüdür. Helyum ile soğutulur. Küresel yakıtları vardır.
IV. Nesil Nükleer Reaktörler
Very-High-Temperature Reactor (VHTR) Gafit yavaşlatıcılı Gaz soğutmalı (1000 o C) Hidrojen üretimi Pasif güvenlik sistemleri Supercritical-Water-Cooled Reactor (SCWR) Süper kritik su soğutuculu (tek faz) BWR benzeri tek çevirimli Yüksek sıcaklık ve yüksek verim (%45)
Molten Salt Reactor (MSR) Soğutucusu erimiş tuz olan bir reaktördür Bir tasarımda yakıt uranium tetrafluoride (UF4) olarak tuz eriğinin içinde çözünmüştur. Reaktör sıvı soğutucu ve yakıt grafit kalpten geçerken kritik olur Bir diğer tasarımda yakıt grafit bir matrise dağıtılmış olarak bulunurken erimiş tuz soğutucu olarak kullanılmaktadır Gas-Cooled Fast Reactor (GFR) Helyum soğutmalı hızlı bir reaktördür. Yüksek verim için bir gaz türbini kullanılır ve gaz sıcaklığı 850 o C'dir. Kompozit seramik yakıtlar gibi ileri yakıt tasarımları düşünülmektedir. Bu aynı zamanda, fisyon ürünlerini iyi bir şekilde hapseder, yüksek sıcaklığa dayanır.