Dünyada en yaygın kullanılan nükleer reaktör tipi basınçlı su reaktörü olup halen aktif olarak çalışan 264 adet bu tip reaktör vardır. İlk olarak ABD’nde nükleer denizaltılarda kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Uranyum 235’in % 2-4 zenginleştirilmesiyle oluşan yakıtları kullanmaktadır. Uranyum oksit yakıt, boş tüp şeklindeki zarflar içerisinde silindir tabletler halinde bulunur. Buna yakıt çubuğu denir. Tek bir yakıt elemanı yapabilmek için kare bir örgü üzerine uzunlukları yaklaşık olarak 3-5 m olan 200 kadar yakıt çubuğu yerleştirilir.
| Reaktör Tipi | Ülkeler | Sayı | GWe |
| Basınçlı Su Reaktörleri (PWR) | ABD, Fransa, Japonya, Rusya | 264 | 250,5 |
| Kaynar Su Reaktörleri (BWR) | ABD, Japonya, İsveç | 94 | 86,4 |
| Basınçlı Ağır Su Reaktörleri (CANDU) | Kanada | 43 | 23,6 |
| Gaz Soğutmalı Reaktörler | UK | 18 | 10,8 |
| Rus Tipi Hafif Su Soğutmalı Grafit Reaktörler (RBMK) | Rusya | 12 | 12,3 |
| Hızlı Nötron Reaktörleri | Japonya, Fransa, Rusya | 4 | 1.0 |
| Diğer | Rusya | 4 | 0,05 |
| Toplam | 439 | 384,6 |
Basınçlı Su Reaktörü
Tablodan da görüldüğü üzere Dünya üzerinde nükleer santrallerden elde edilen gücün büyük bir çoğunluğunu yaklaşık olarak %65’ni basınçlı su reaktörleri oluşturuyor.
Reaktörde primer ve sekonder olmak üzere iki soğutma devresi bulunur. Reaktör kalbinde oluşan ısı, primer devre soğutucu suyu yani hafif su vasıtasıyla yakıt elemanlarından çekilir ve ısınır. Hafif diye adlandırılan bu normal su hem soğutucu hem de yavaşlatıcı olarak kullanılır. Suyun kaynamadan yüksek sıcaklıklara (yaklaşık 315°C) çıkabilmesi için birinci devre suyu yüksek basınç (yaklaşık 150-155 bar) altında tutulur.
Birinci devre soğutucunun reaktöre giriş sıcaklığı 290 °C ve reaktörden çıkış sıcaklığı ise 320 °C’dir. Reaktör kalbinden çıkan sıcak su bir buhar üretecinden geçirilir ve burada 70-80 bar basıncında buhar üretilir. Daha sonra üretilen bu buhar sekonder devresindeki türbine gönderilerek elektrik üretimi sağlanır. Ardından düşük basınçlı su-buhar karışımı akışkan yoğuşturucuda soğutularak sıvı hale getirilir ve besleme suyu pompasıyla primer devresindeki buhar üretecine gönderilir. Bu sistemde primer devre soğutucusu buhar üreteci, sekonder devre soğutucusu ise yoğuşturucudur (Soğutma Kuleleri, Deniz suyuyla soğutma vb…).
Acil durum kalp soğutma sistemi, reaktörde kalbin ısınmasına bağlı olarak oluşabilecek arızaları önlemek için kullanılır. Örneğin reaktör kalbinde fisyon reaksiyonunun kontrolden çıkması durumunda yakıt çubukları gereğinden fazla ısınır buna bağlı olarak buhar üretecinden dönen su, kalbi soğutamaz ve sistemde büyük çaplı hasarlara neden olur. Bunu önlemek için reaktör girişine acil durum kalp soğutma sistemiyle soğuk su gönderilerek reaktör kalbi soğutulur.
Birçok Nükleer santral kazasının ana nedeni soğutma sistemi arızalarıdır bununla ilgili ayrıntıları ileri ki yazılarımda ele alacağım.
Reaktörün gücüne göre 2,3 veya 4 adet buhar üreticisi kullanılabilir.
Primer devrenin temel elemanları;
- Reaktör
- Basınçlayıcı
- Buhar Üreteci
- Acil Durum Kalp Soğutma Sistemi
- Reaktör Soğutucu Pompası
- Kontrol Çubukları
Sekonder devrenin temel elemanları;
- Türbin
- Jeneratör
- Yoğuşturucu
- Çevrim Pompası
- Besleme Suyu Pompası
Basınçlı Su Reaktörler’in Avantajları:
- Sulu sistem teknolojisi iyi bilinmektedir.
- Soğutucu akışkan olarak kullanılan su ucuzdur.
- Su,çekirdekteki yoğun nötron enerjisini, kontrol etmekte çok etkilidir.
- Su yüksek ısı kapasitesine sahiptir.
- Sızıntılar kontrol altında tutulabilir.
- Fisyon ürünleri taşınırlar,yayılmazlar.
- Eğer saf su bozulmamışsa, radyoaktivitesi kısa ömürlüdür.
- Dönüştürme oranı yüksek olabilir.
Basınçlı Su Reaktörler’in Dezavantajları:
- Suyun, kaynamadan yüksek derecelere ulaşmasının sağlanması için basınçlama uygulanmasının gerekliliği
- Yakıt biriminin üretilmesinin pahalı olması
- Sıcaklığın, Metal yakıt birimlerinde sınırlanmış olması
- Fisyon’un çekirdekte ürettiği faaliyetin yüksek bir seviyeye çıkması
- Kızgın saf suyun çok korozif olması nedeniyle, primer devresinde özel bir malzeme gerektirmesi
- Yakıtın az da olsa zenginleştirilme ihtiyacı
- Isı Aktarıcı ve Kontrol çubuğu ek birimlerini gerektirmesi
- Çalışma sıcaklığında aşırı reaksiyon olması
- Yakıtın yeniden işlenmesinin zor olması
- Reaktöre yakıt eklenmesi esnasında reaktörün kapanması gerekliliği
- Primer devresindeki herhangi bir hasarda basıncın kaybolmasıyla birlikte devrelerdeki “Kızgın suyun” birdenbire buharlaşması
- Suyun, belirli durumlarda uranyum, toryum ve reaktör yapı metalleri ile etkileşmesi
Sonuç olarak basınçlı su reaktörleri kontrolü, bakım ve tamiri kolay olan en iyi bilinen reaktörlerdendir. Bu sebeplerden nükleer enerji santrallerinde önemli bir yeri vardır. Nükleer enerji sektöründe ilerleyen teknolojiyle birlikte 4. Nesil reaktörlerin kullanımı için çalışmalar hızlansa da basınçlı su reaktörlerinden şimdilik vazgeçilemeyecek gibi gözüküyor.
Aşağıdaki videoda basınçlı su reaktörünün çalışma prensibi bir animasyon ile gösterilmiştir. İlginizi çekebilir.