Hoe Canada's CANDU Heavy Water nucleaire reactoren werken
De kernreactor CANDU kreeg zijn naam omdat dit ontwerp van zwaar waterreactor in Canada werd ontwikkeld - het staat voor CANada Deuterium Uranium. Deuterium is het belangrijkste element in zwaar water en uranium is de brandstof die in deze reactorklasse wordt gebruikt.
CANDU Heavy Water nucleaire reactoren wereldwijd
Alle 20 kernreactoren van Canada zijn van het CANDU-ontwerp. Andere landen met CANDU-reactoren zijn Argentinië, China, India, Zuid-Korea, Pakistan en Roemenië.
India heeft ook 16 "CANDU-derivaten" of generieke reactoren met zwaar water gematigd. De 48 CANDU-reactoren en CANDU-derivaten omvatten bijna 11 procent van de reactoren wereldwijd.
Geschat wordt dat energiecentrales die het CANDU-ontwerp gebruiken, meer dan 23.000 megawatt genereren, ongeveer 21 procent van de elektriciteit die wordt geproduceerd door kernenergie. Een megawatt is over het algemeen genoeg om 750 middelgrote huizen van energie te voorzien.
Hoe CANDU-reactoren verschillen van lichtwaterreactoren
Zwaarwater kernreactoren en lichtwater kernreactoren verschillen in hoe ze de complexe fysica van kernsplijting of atoomsplitsing creëren en beheren, die de energie en warmte produceert om stoom te creëren om generatoren aan te drijven. De kernreactoren die in de VS worden gebruikt, zijn allemaal ontwerpen voor licht water. Verschillende grote verschillen maken onderscheid tussen lichtwaterreactoren en het CANDU-ontwerp met zwaar watergematigd ontwerp, dat de volgende ontwerpkenmerken omvat.
Kern: de kern van een CANDU-reactor wordt bewaard in een horizontale, cilindrische tank, een calandria genaamd. Brandstofkanalen lopen van het ene uiteinde van de calandria naar het andere. Elk kanaal binnen de Calandria heeft twee concentrische buizen. De buitenste buis is de Calandria-buis en de binnenste is de drukbuis. De binnenband houdt de brandstof en het onder druk staande zware water-koelmiddel vast.
Met dit ontwerp kan tijdens het gebruik worden bijgetankt.
Daarentegen is de kern van een lichtwaterreactor verticaal en bevat verticale splijtstofsamenstellingen die bundels metalen buizen zijn gevuld met brandstofpellets. De reactorkern wordt bewaard in een insluitingsvat.
Brandstof: in tegenstelling tot andere kernreactoren die zijn ontworpen om verrijkte uraniumbrandstof en licht water als moderator te gebruiken, gebruiken zwaarwaterreactoren van CANDU niet-verrijkt, natuurlijk uraniumoxide als brandstof en zwaar water als moderator.
Moderator: de moderator is het materiaal in de reactorkern dat de neutronen die uit de splijting vrijkomen vertraagt, waardoor ze meer splijting veroorzaken en de kettingreactie in stand houden. De moderator in lichte waterreactoren is gewoon water, maar de zware waterreactor van CANDU gebruikt zwaar water of deuteriumoxide, dat een chemische formule van D20 heeft.
Anders dan gewoon water met zijn vertrouwde chemische samenstelling van H20, bevat zwaar water twee atomen van deuterium. In tegenstelling tot gewone waterstof die geen neutron en een proton in zijn meest voorkomende vorm heeft, heeft deuterium een neutron in het midden ervan.
Koelmiddel: koelmiddel circuleert door een kern van een kernreactor om de warmte ervan af te voeren en een meltdown te voorkomen die de energieproductie zou stoppen. De watermoderator functioneert ook als primair koelmiddel in lichtwaterreactoren.
De CANDU-reactor maakt gebruik van licht of zwaar waterkoelmiddel.
Hoe een CANDU-reactor werkt om elektriciteit te maken
Het zware water-koelmiddel wordt door de buizen van de reactorkern gepompt in een gesloten lus. De buizen bevatten brandstofbundels om warmte op te vangen die wordt gegenereerd door de kernsplitsing die plaatsvindt in de kern. De lus van het zware waterkoelmiddel gaat door stoomgeneratoren waar de hitte van het zware water gewoon water kookt tot hogedrukstoom. Het zwaardere water, nu koeler, wordt teruggevoerd naar de reactor wanneer de gesloten-lus-koelcyclus doorgaat.
De hogedrukstoom van de stoomgenerator wordt buiten het reactorinsluitingsgebouw gepiped om conventionele turbines aan te drijven. Deze turbines drijven generatoren aan om elektriciteit te produceren die vervolgens naar het net wordt gedistribueerd. De kernreactor is gescheiden van de apparatuur die wordt gebruikt om elektriciteit te produceren.
De stoom die uit de turbine komt, wordt terug gecondenseerd in water en teruggepompt in de stoomgenerator.