Come funzionano i reattori nucleari ad acqua pesante CANDU del Canada
Il reattore nucleare CANDU ha preso il nome dal progetto di questo reattore ad acqua pesante sviluppato in Canada, che sta per CANADA Deuterio Uranio. Il deuterio è l'elemento principale nell'acqua pesante e l'uranio è il combustibile utilizzato in questa classe di reattore.
Reattori nucleari ad acqua pesante CANDU in tutto il mondo
Tutti i 20 reattori nucleari del Canada sono di progettazione CANDU. Altre nazioni con reattori CANDU includono Argentina, Cina, India, Corea del Sud, Pakistan e Romania.
L'India ha anche 16 "derivati CANDU" o reattori moderatamente generici ad acqua pesante. I 48 reattori CANDU e i derivati CANDU costituiscono circa l'11% dei reattori di tutto il mondo.
Si stima che le centrali elettriche che utilizzano il progetto CANDU generino più di 23.000 megawatt, circa il 21% dell'elettricità prodotta dall'energia nucleare. Un megawatt è in genere sufficiente per alimentare 750 case di medie dimensioni.
Come i reattori CANDU differiscono dai reattori ad acqua leggera
I reattori nucleari ad acqua pesante e i reattori nucleari ad acqua leggera differiscono nel modo in cui creano e gestiscono la complessa fisica della fissione nucleare o della scissione atomica che produce energia e calore per creare vapore per guidare i generatori. I reattori nucleari in uso negli Stati Uniti sono tutti progetti di acqua leggera. Diverse importanti differenze distinguono tra i reattori ad acqua leggera e il design moderato di acqua pesante CANDU, che includono le seguenti caratteristiche di progettazione.
Core: il nucleo di un reattore CANDU è conservato in un serbatoio cilindrico orizzontale chiamato calandria. I canali del carburante vanno da un'estremità della calandria all'altra. Ogni canale all'interno della calandria ha due tubi concentrici. Il tubo esterno è il tubo di calandria e quello interno è il tubo di pressione. La camera d'aria contiene il carburante e il refrigerante ad acqua pesante pressurizzato.
Questo design consente il rifornimento durante il funzionamento.
Al contrario, il nucleo di un reattore ad acqua leggera è verticale e contiene complessi di combustibile verticali che sono fasci di tubi metallici riempiti con pastiglie di combustibile. Il nucleo del reattore è conservato in un recipiente di contenimento.
Carburante: a differenza di altri reattori nucleari progettati per utilizzare combustibile arricchito di uranio e acqua leggera come moderatore, i reattori ad acqua pesante CANDU utilizzano come moderatore l'ossido di uranio naturale non arricchito come combustibile e acqua pesante.
Moderatore: il moderatore è il materiale nel nucleo del reattore che rallenta i neutroni rilasciati dalla fissione in modo da causare più fissione e sostenere la reazione a catena. Il moderatore nei reattori ad acqua leggera è acqua normale, ma il reattore ad acqua pesante CANDU utilizza acqua pesante o ossido di deuterio, che ha una formula chimica di D20.
A differenza della normale acqua con la sua composizione chimica familiare di H20, l'acqua pesante include due atomi di deuterio. A differenza dell'idrogeno ordinario che non ha neutrone e un protone nella sua forma più comune, il deuterio ha un neutrone al centro.
Liquido refrigerante: il refrigerante circola attraverso un nucleo del reattore nucleare per trasferire il calore lontano da esso e impedire una fusione che interromperebbe la produzione di energia. Il moderatore dell'acqua funziona anche come refrigerante primario nei reattori ad acqua leggera.
Il reattore CANDU utilizza refrigerante sia leggero che pesante.
Come funziona un reattore CANDU per produrre elettricità
Il refrigerante ad acqua pesante viene pompato attraverso i tubi del core del reattore in un circuito chiuso. I tubi contengono fasci di combustibile per raccogliere il calore generato dalla fissione nucleare che si svolge nel nucleo. L'anello del refrigerante ad acqua pesante passa attraverso i generatori di vapore in cui il calore dell'acqua pesante fa bollire l'acqua ordinaria in vapore ad alta pressione. L'acqua pesante, ora più fredda, viene fatta circolare nuovamente nel reattore mentre il ciclo di raffreddamento ad anello chiuso continua.
Il vapore ad alta pressione dal generatore di vapore viene convogliato all'esterno dell'edificio di contenimento del reattore per alimentare le turbine convenzionali. Queste turbine azionano i generatori per produrre elettricità che viene poi distribuita alla rete. Il reattore nucleare è separato dall'attrezzatura utilizzata per produrre elettricità.
Il vapore che fuoriesce dalla turbina viene condensato nuovamente in acqua e viene pompato nuovamente nel generatore di vapore.