Hogedrukreactor
Van Wikipedia
Een drukwaterreactor of hogedrukreactor (PWR) is een generatie II type kernreactor, dat water onder hoge druk (155 bar) gebruikt als koeling en als moderator, het is ontworpen door het Bettis Atomic Power Laboratory als aandrijving voor onderzeeboten.
De naam hogedrukreactor komt voort uit de noodzaak om in de primaire koelring de hoge druk te handhaven om te voorkomen dat het water gaat koken.
Dit type is geschikt voor een kerncentrale om kernenergie te produceren uit kernbrandstof.
Inhoud |
[bewerk] Lijst van PWR reactors
Een hogerdruk-reactor is het meest voorkomende type, wereldwijd zijn hiervan meer dan 230 reactors in bedrijf. Een uitgebreide lijst.
[bewerk] Werking
Door de hoge druk in een drukwaterreactor is het water niet in staat om te koken (hoewel de temperatuur van het water rond de 300 graden Celsius ligt). Het zeer warme water wordt afgevoerd naar de stoomgenerator, waar de stoom wordt geproduceerd, die gebruikt wordt om een turbine aan te drijven die op zijn beurt voor de energieopwekking zorgt.
In de reactor zitten splijtstofelementen in splijtstofstaven. De reactor zelf is een dikwandige stalen kuip waarin water van onder naar boven stroomt. Dit water, dat het water is van de primaire kring, neemt de warmte die wordt uitgestraald door het splijtstofelement op. Dit water krijgt op die manier een temperatuur van +/- 320°C maar gaat niet aan de kook. Reden is omdat een drukvat het op een druk houdt van 155 bar (vandaar de naam hogedrukreactor). Het drukvat is gevuld met datzelfde water maar staat boven in het reactorgebouw. In het bovenste deel van het drukvat zitten elektrische weerstanden die het water daar wel aan de kook brengen en dus stoom vormen. Het is dit stoomkussen dat de druk van 155 bar op het water gaat uitoefenen. De druk kan verlaagd worden met een sproeisysteem dat een deel van de stoom condenseert.
[bewerk] Secondaire kring
Het water uit de primaire kring wordt nu naar de stoomgenerator gebracht. Daar komt het via kleine buisjes in contact met het water van de secondaire kring en geeft het zijn warmte aan dat water af. Omdat het water uit de secondaire kring op een druk van 60 bar staat (dus een lagere druk dan in de primaire kring), gaat dit wel aan de kook. Merk dus op dat er géén enkel contact is tussen het water van de primaire en de secondaire kring. De stoomgenerator is het laatste onderdeel die zich in het reactorgebouw bevindt en dus een extra veiligheidsbarrière vormt.
De stoom die uit de stoomgenerator komt wordt nu naar de hogedruk turbine gevoerd. Hierbij gaat het expanderen van 60 bar tot ongeveer 10 bar. De temperatuur neemt evenredig af. Door de expansie van de stoom gaat er thermische energie worden omgezet in mechanische. De stoom drijft dus de turbine aan die op zijn beurt de alternator aandrijft. Alvorens de stoom van de hogedruk turbine naar de lagedruk turbine gaat, wordt het terug verhit met stoom uit de stoomgenerator om de waterdruppels eruit te verwijderen en om nog eens extra energie aan de stoom toe te voegen. Aan de uitgang van de lagedruk turbine wordt uiteindelijk een druk bereikt van 0.05 bar of minder.
[bewerk] Tertiare kring
Voordat de stoom terug naar de stoomgenerator gaat wordt het eerst nog eens afgekoeld door een condensor met water uit de tertiare kring. Bedoeling hiervan is om het rendement te verhogen (het rendement wordt groter als er een zo groot mogelijk verschil is tussen de begin- en eindtemperatuur). Het koelwater uit de tertiare kring is meestal gewoon water uit een rivier of kanaal (voor Doel is dit het water uit de Schelde). Het opgewarmde koelwater mag niet zo maar terug geloosd worden omdat dit anders het biologisch evenwicht kan verstoren (te hoge temperatuur van het water, te weinig zuurstof in het water, ... ). Daarom maakt men gebruik van een koeltoren. Door zijn vorm (beetje gelijk een straalpijp) wordt er lucht van onder naar boven aangezogen (schoorsteeneffect). Deze lucht passeert kanalen waardoor het opgewarmde koelwater zijn warmte kan afgeven aan de luchtstroom. Een deel van het koelwater verdampt door contact met de luchtstroom. Onderaan de koeltoren wordt het gecondenseerde koelwater terug opgevangen en slechts een kleine hoeveelheid wordt terug 'geloosd' in de rivier of het kanaal. Dit is om concentratieverhogingen van vaste deeltjes in het koelwater te verhinderen. Het geloosde water is van veel lagere temperatuur en zuurstofrijk wat ten goede komt voor het organische leven in het water.
[bewerk] Veiligheid
Nu zijn er nog een aantal intrinsieke of interne veiligheden aan een PWR-reactor. Ten eerste is de moderator (nodig om de snelle neutronen af te remmen om zo een splijting van U-235 kernen te verkrijgen) water. Dit is, in tegenstelling tot grafiet die in RBMK-reactoren wordt gebruikt, onontvlambaar. Mocht nu de reactor oververhit geraken, dan zal het water uit de primaire kring toch overgaan in stoom. Waar er stoom is (gasbellen) is er dus geen vloeibaar water meer. De moderator valt weg, de neutronen versnellen en het splijtingsproces remt af waardoor de temperatuur terug daalt. En als laatste is er nog het dopplereffect. Dit vindt plaats als de reactor een te hoog vermogen zou leveren. Dan gaan de kernen in de splijtstofelementen meer gaan trillen waardoor de kans groter wordt dat de neutronen worden opgenomen door het niet-splijtbare U-238 ipv U-235 wat wel splijtbaar is. Terug remt het splijtingsproces af en vermindert het vermogen.
[bewerk] Zie ook
- Generatie III reaktor
- Generatie IV reaktor
- Lijst van reactortypen
