Typer av kärnkraftverk

Under de senaste decennierna har ett stort antal olika typer av kärnkraftverk konstruerats och byggts runt om i världen, men endast ett fåtal har nått storskalig kommersiell drift. De vanligaste reaktortyperna i världen är tryckvattenreaktorn och kokvattenreaktorn.

De första reaktorerna för kraftproduktion utvecklades i början av 1950-talet i USA. De var av typen termiska lättvattenreaktorer och användes till en början för att driva ubåtar. Den första fullskaliga kärnkraftsreaktorn togs i drift i Obninsk i Sovjetunionen 1954.

1950- och 1960-talen var också en period av intensiv utveckling i andra länder med höga kärnkraftsnivåer, såsom England och Frankrike. De typer av kärnkraftverk som blev allmänt kommersiellt tillgängliga valdes ut under 1960-talet. Sedan dess har reaktorernas konstruktion i princip förblivit densamma, men säkerhetssystemen har förstärkts och förbättrats avsevärt.

Utifrån sina fysiska egenskaper klassificeras reaktorer i termiska reaktorer och snabba reaktorer, beroende på energin (hastigheten) hos de neutroner som orsakar fission. Kärnkraftsreaktorer är oftast termiska reaktorer, där fission sker med förhydrogenerade eller termiska neutroner. Termiska reaktorer kan använda upp till några få procent av den energi som finns i naturligt uran. På prototypstadiet finns så kallade "utility reactors", som producerar mer nytt bränsle från naturligt uran än de förbrukar.

Termiska reaktorer klassificeras efter det ämne som bromsar de neutroner de producerar och det ämne som kyler reaktorn. De vanligaste är lättvattenreaktorer, av vilka det finns två typer. I dessa reaktorer fungerar vatten både som neutronmoderator och som reaktorkylmedel.

Reaktor med kokande vatten

I en kokvattenreaktor (BWR) består reaktorhärden av metallkapslade bränslestavar som innehåller urandioxidbränsle i form av keramiska pellets. Stavarna är monterade i bränsleelement om 60 till 100 stavar. Det totala antalet stavar är tiotusentals. Reaktorhärden är innesluten i ett tryckkärl.

Värmen från bränslestavarna överförs till det kylvatten som strömmar genom härden, som värms upp och delvis förångas. Överst i tryckkärlet separeras ångan från vattnet och leds till en ångturbin. Den expanderande ångan roterar turbinen och en elektrisk generator som är ansluten till den. Den ånga som kyls i turbinen kondenseras i kondensorn till vatten, som pumpas tillbaka in i reaktortryckkärlet.

Reaktorns effekt regleras med hjälp av så kallade styrstavar. De innehåller ett ämne som starkt absorberar neutroner, t.ex. bor. När styrstavarna skjuts in i reaktorn absorberar de en del av neutronerna, vilket saktar ner klyvningskedjereaktionen och minskar reaktoreffekten. Styrstavarna används också för att snabbt stänga av reaktorn. Effekten i den kokande reaktorn justeras också genom att ändra flödet av reaktorns kylmedel

TVO:s två reaktorer (OL1 och OL2) i Olkiluoto är svenskbyggda kokvattenreaktorer.

Reaktor med trycksatt vatten

Den vanligaste typen av kraftreaktor i världen är tryckvattenreaktorn (PWR). PWR (pressurised water reactor) skiljer sig från BWR genom att kylvattnet inte förångas i reaktorn. Ångan produceras i så kallade förångare, genom vilka det högtrycksvatten som värms upp i reaktorn cirkulerar i tunna rör. Värmen överförs till lågtrycksvattnet i en separat cirkulationskrets (sekundärkrets) runt dessa rör, som efter förångning matas till turbinerna.

Tryckvattenreaktorns effekt regleras med hjälp av styrstavar och genom att variera borhalten i kylmediet. Fortums två enheter i Lovisa är sovjetiskt byggda tryckvattenreaktorer, även kända som VVER. TVO:s nyaste OL3-enhet i Olkiluoto är en europeisk tryckvattenreaktor, en så kallad EPR.