Zwaarwaterreactor

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Animatie van een zwaarwaterreactor
Schematisch aanzicht van een hogedrukreactor

Een zwaarwaterreactor is een kernreactor die zwaar water onder hoge druk (155 bar) gebruikt als koeling en als moderator. De naam zwaarwaterreactor komt voort uit de noodzaak om in de primaire koelring zwaar water te gebruiken als moderator. Dit type kernreactor is geschikt voor een kerncentrale om kernenergie te produceren uit niet-verrijkt uranium. Het afvalproduct dat hierbij vrijkomt, is plutonium, dat weer bruikbaar is voor de productie van atoombommen.

Een bekend type zwaarwaterreactor is de CANDU-reactor, die is ontwikkeld in Canada.

Onderscheid tussen zwaarwaterreactor en een drukwaterreactor[bewerken]

Een gewone drukwaterreactor werkt met gewoon water en licht verrijkt uranium. Een zwaarwaterreactor werkt met zwaar water en gewoon natuurlijk uranium.

Lijst van landen met zwaarwaterreactoren[bewerken]

Werking[bewerken]

Primaire kring[bewerken]

Door de hoge druk in een drukwaterreactor is het zware water niet in staat om te koken, hoewel de temperatuur van het water rond de 300 graden Celsius ligt. Het zeer hete zware water wordt afgevoerd naar de stoomgenerator op gewoon water, waar stoom wordt geproduceerd. Deze stoom wordt gebruikt om een turbine aan te drijven, die op haar beurt voor de energieopwekking zorgt.

In de reactor zit gewoon uranium opgesloten in splijtstofstaven. De reactor zelf is een dikwandige stalen kuip waarin zwaar water van onder naar boven stroomt. Dit zware 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 desondanks gaat het niet koken. Dit komt doordat een drukvat het water op een druk houdt van 155 bar (vandaar de naam hogedrukreactor).

Secundaire kring[bewerken]

Het water uit de primaire kring wordt nu naar de stoomgenerator gebracht. Daar komt het via dunne buisjes in contact met het water van de secundaire kring en wordt warmte van het water uit de primaire kring afgegeven aan het water uit de secundaire kring. Omdat het water uit de secundaire kring op een druk van 60 bar staat (dus een lagere druk dan in de primaire kring), gaat dit water wel koken. Merk dus op dat er géén enkel contact is tussen het zwaar water van de primaire en het gewone water van de secundaire 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 hogedrukturbine gevoerd. Hierbij gaat het expanderen van 60 bar tot ongeveer 10 bar. De temperatuur neemt evenredig af. Door de expansie van de stoom wordt er thermische energie omgezet in mechanische. De stoom drijft dus de turbine aan, die op haar beurt de alternator aandrijft. Alvorens de stoom van de hogedrukturbine naar de lagedrukturbine 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 lagedrukturbine wordt uiteindelijk een druk bereikt van 0.05 bar of minder.

Tertiaire kring[bewerken]

Voordat de stoom terug naar de stoomgenerator gaat, wordt deze eerst nog eens afgekoeld door een condensor met water uit de tertiaire 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 tertiaire kring is meestal afgekoeld water uit een koeltoren. Daarom maakt men gebruik van een koeltoren. De vorm is een hyperboloïde omdat dat gemakkelijk op te trekken is. Het schoorsteeneffect en het feit dat warme lucht lichter is, zuigt lucht van onder naar boven aan. Deze lucht passeert kanalen waardoor het opgewarmde koelwater zijn verdampingswarmte kan afgeven aan de luchtstroom. Een deel van het koelwater verdampt door contact met de luchtstroom. Onderaan de koeltoren wordt het afgekoelde koelwater terug opgevangen en teruggevoerd naar de kring.

Veiligheid[bewerken]

Nu zijn er nog een aantal intrinsieke of interne veiligheden aan een zwaarwaterreactor. Ten eerste is de moderator (nodig om de snelle neutronen af te remmen om zo een splijting van 235U-kernen te verkrijgen) zwaar water. Dit is, in tegenstelling tot grafiet die in RBMK-reactoren wordt gebruikt, onontvlambaar. Mocht de reactor nu 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 wordt afgeremd, 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 trillen, waardoor de kans groter wordt dat de neutronen worden opgenomen door het niet-splijtbare 238U in plaats van 235U wat wel splijtbaar is. Terug remt het splijtingsproces af en vermindert het vermogen.

Zie ook[bewerken]