Hoe staat het met de zwaarwaterreactor? Heeft deze nog toekomst?
In het gebruik van zwaarwaterreactor loopt Canada met Candu voorop?De bekendste zwaarwaterreactor is de CANDU reactor.Candu is een afkorting CANada Deuterium Uranium.
Deze Candu zwaarwaterreactor is ontwikkeld in Canada door het staatsbedrijf AECL.
Een kernreactor die zwaar water onder hoge druk (155 bar) gebruikt als koeling noemt men zwaarwaterreactor.
Door zwaar water als koelstof en als moderator te gebruiken kan uranium als splijtstof gebruikt worden, het uranium hoeft daardoor niet verrijkt te worden.
De brandstofstaven moeten wel verder uit elkaar geplaatst worden waardoor het zwaar water de neutronen voldoende afremt.
Zwaarwaterreactor, ook wel CANDU genoemd, vertegenwoordigen ongeveer 12% van de reactoren in de wereld en worden gebruikt in alle Canadese kerncentrales (generatie centrales).
De zwaarwaterreactor (Pressurized heavy water reactors, PHWRs) maken gebruik van zwaar water voor zowel koelvloeistof als moderator, en van natuurlijk uranium als brandstof.
Net als in een PWR, wordt het koelmiddel gebruikt om gewoon water te koken in een aparte lus. CANDU reactoren kunnen worden bijgetankt zonder het sluiten van de reactie beneden.
De CANDU reactor is gemaakt door Atomic Energy Canada Limited (AECL) als alternatief voor andere reactorontwerpen die iets verrijkt uranium (2-5% U-235) gebruiken.
De CANDU maakt meer lokale inbreng in landen die de mogelijkheid om, een drukvat te gieten, niet hebben. CANDU brandstof bevat korrels uranium dioxide met natuurlijk uranium (0,7% U-235).
Hierdoor is de CANDU brandstof goedkoper en kan theoretisch gezien hogere opbrengsten geven mbt. capaciteitsfactoren.
Details over de reden waarom het CANDU ontwerp werd ontwikkeld en de technische bijzonderheden hiervan zijn te vinden op de Canadese nucleaire FAQ-website van Dr. Jeremy Whitlock.
Samenstelling en werking van CANDU
Het CANDU ontwerp bestaat uit een horizontale Calandria (Vessel) die buizen heeft voor de splijtstofstaven en koelwater (zwaar water).
Rond deze buizen is zwaar water, dat fungeert als moderator die de neutronen vertraagt. Zwaar water bestaat uit twee atomen deuterium (een niet-radioactieve isotoop van waterstof) en één zuurstofatoom.
Deuteriumatomen vertegenwoordigen ongeveer 1,5% van de waterstof in de natuur. Deuterium is veel efficiënter als moderator dan licht water, waardoor het gebruik van natuurlijk uranium als brandstof mogelijk is.
Speciale verwerkings- fabrieken, bijvoorbeeld bij de Bruce faciliteit in de buurt van Tiverton, Ontario, worden gebruikt om zwaar water te scheiden van natuurlijk water.
De deuteriumscheiding kost een extra startkapitaal dat door de lagere brandstofkosten van natuurlijk uranium gecompenseerd wordt over de gehele levensduur van de installatie.
Het is veel minder waarschijnlijk dat Deuterium neutronen absorbeert in vergelijking met protium. Daardoor zijn er meer neutronen in een zwaarwaterreactor beschikbaar om opgenomen te worden door uranium dan in een lichtwaterreactor.
Het resultaat is dat het uranium in een CANDU reactor niet verrijkt hoeft te worden in U-235; natuurlijk uranium kan worden gebruikt als brandstof. Dit betekent weer dat een zwaarwaterreactor meer energie kan produceren per eenheid van gedolven uranium.
Zoals bij de drukwaterreactor, pompen de koelpompen van de reactor zwaar water rond door de reactor heen en dan naar de stoomgeneratoren in een gesloten lus. Het zwaar-water-moderator systeem heeft een aparte warmtewisselaar met een circulatie systeem voor het koelen van de moderator.
Zwaar water in de moderator systeem staat normaal gesproken niet onder hoge druk.
Deze reactoren hebben een aanzienlijke redundantie in apparatuur van het secundair systeem voor energiewinning, zodat langere operationele cycli mogelijk zijn. Cyclustijden hebben zelfs 894 dagen (Pickering 7 in 1994) bereikt.
Hierdoor hebben de CANDU reactoren gewoonlijk de hoogste capaciteitsfactoren ter wereld. Anderzijds, brandstof verspreidingsgraad in een CANDU is slechts 6500-7500 MWD per ton uranium (MTU). Dit in vergelijking met 33.000-50.000 MWD / MTU verkregen door vele PWR en BWR-reactoren.
De CANDU ontwerp multi-unit zender maakt gebruik van een vacuüm building als speciale beschermingszone ‘containment’ functie.
CANDU-reactoren verschillen van vele andere ontwerpen, in die zin, dat er meer uitgebreid gebruik wordt gemaakt van computer-gebaseerde systemen, waaronder voor de bescherming van de reactor.
Actieve CANDU sites
Actieve CANDU sites zijn momenteel gevestigd in Canada, Korea, China, India, Pakistan, Argentinië en Roemenië.
Er zijn in totaal 29 actieve reactoren. De AECL geschiedenis begon in 1945 met de ZEEP installatie’s en heeft zich ontwikkeld tot de onlangs voltooide Qinsan, China eenheden.
Een tweede eenheid is op dit moment in aanbouw in Cernavoda, Roemenië. AECL ontwikkelt de nieuwe generatie ACR-700 en ACR-1000 reactoren voor toekomstig gebruik.
CANDU energiecentrale sites hebben tussen 1 en 8 reactoren per site. De Pickering faciliteit ten oosten van Toronto aan Lake Ontario en de Bruce faciliteit ten noordwesten van Toronto hebben elk 8 reactoren per site.
Het nominaal elektrisch vermogen bedraagt 600 MWe per eenheid. CANDU reactoren worden gebruikt om stroom te leveren in Ontario, Quebec en New Brunswick door 3 nutsbedrijven:
- Ontario Power Generation 14.164 MWe en 280 MWe stoom equivalent (19 reactoren) – Bruce, Pickering en Darlington sites
- Hydro Quebec 675 MWe (1 reactor) – Gentilly 2 site
- New Brunswick Electric Power Commissie 680 MWe (1 reactor) – Point Lepreau Nuclear Generating Station
AECL, de fabrikant van de CANDU reactoren, heeft deze reactoren ook aan overheden en nutsbedrijven in Argentinië, India, Korea, Pakistan en Roemenië geleverd.
CANTEACH is een niet-commercieel project gewijd aan het verzamelen van onderwijs en opleiding materialen met betrekking tot CANDU technologie. Het project wordt beheerd door CANDU Owners Group (COG).
Materialen worden geplaatst op de openbare CANTEACH website en kunnen door iedereen worden gebruikt om eigen presentaties en nota’s voor te bereiden. Canadese nutsbedrijven en universiteiten stellen al hun materiaal beschikbaar op de site.
Rijst alleen nog de vraag: “Waar blijf je met de reststoffen het z.g.n. kernafval?
