Budowa rdzenia rektora BWR

O ile obiegi pary i wody (chłodziwa, moderatora i czynnika roboczego napędzającego turbiny) w reaktorach PWR i BWR są z zasady różne, o tyle w konstrukcji rdzeni obu typów reaktorów zauważamy wiele podobieństw, pomimo odmienności szczegółówy technicznych.

Paliwo reaktora BWR - od pastylki UO2 do zestawu paliwowego
Paliwo reaktora BWR - od pastylki UO2 do zestawu paliwowego

  • W reaktorach BWR paliwem jest najczęściej UO2 wzbogacony do mniej niż 3% i sprasowany w pastylki paliwowe o wysokości 10 mm i średnicy 10 mm.
  • Pastylki umieszczone w koszulkach, tworzą pręty paliwowe o średnicy 12,5 mm i wys. np. 3,5 m (350 pastylek).
  • Pręty są grupowane po 7x7, 8x8, 9x9 lub 10x10  w zestawy paliwowe umieszczane w otwartych od dołu i od góry koszulkach z blachy ze stopów cyrkonowych. Koszulki  kierują strumienie wody wzdłuż prętów.

Rdzeń reaktora BWR wypełniają czterokasetowe zestawy paliwowe
Rdzeń reaktora BWR wypełniają czterokasetowe zestawy paliwowe

Krzyżowe pręty regulacyjne są od dołu wsuwane między kasety paliwowe
Krzyżowe pręty regulacyjne są od dołu wsuwane między kasety paliwowe
  • Cztery zestawy paliwowe w kasetach tworzą moduł paliwowy. Z takich modułów jest zestawiony rdzeń reaktora BWR.

 

  • Między cztery kasety modułu są od dołu wsuwane krzyżowe pręty regulacyjne.

 

  • Każdy krzyżowy pręt regulacyjny zawiera wiele prętów z silnie pochłaniającego neutrony węglika boru (B4C)

W reaktorach BWR pręty regulacyjne są wsuwane do rdzenia od dołu, a nie jak w reaktorach PWR od góry. Są dwie przyczyny takiego rozwiązania:

  • miejsce nad rdzeniem zajmują separatory i osuszacze pary,
  • efektywność działania prętów regulacyjnych wsuwanych od góry byłaby niewielka z powodu znacznej zawartości pary w górnej części rdzenia (wyjaśnienie niżej).

W wyniku wrzenia, woda w górnej części rdzenia jest przesycona parą, ma mniejszą gęstość i gorzej spełnia rolę moderatora (gorzej spowalnia neutrony do energii termicznych), co zmniejsza liczbę rozpadów promieniotwórczych i w konsekwencji moc generowaną tam w paliwie. W rezultacie mamy bardzo nierównomierną produkcję ciepła: mniejszą w górnej i większą w dolnej części rdzenia, czemu towarzyszy nierównomierne wypalanie paliwa.

Wsuwane od dołu pręty regulacyjne spełniaja podwójną rolę, służą do:

  • awaryjnego wyłączania reaktora,
  • długookresowego sterowania wypalaniem paliwa i wyrównywania rozkładu mocy w rdzeniu.

W celu skompensowania nadmiaru reaktywności na początku kampanii paliwowej w części prętów paliwowych do UO2 dodaje się wypalające się trucizny (zwykle Gd2O3 o bardzo dużym przekroju czynnym na pochłanianie neutronów termicznych).

Paliwo reaktora BWR - od pastylki UO2 do zestawu paliwowego
Rdzeń reaktora BWR wypełniają czterokasetowe zestawy paliwowe
Krzyżowe pręty regulacyjne są od dołu wsuwane między kasety paliwowe