Reaktor air bertekanan

Reaktor air bertekanan (PWR) ialah sejenis Reaktor air ringan. PWR mewakili majoriti daripada loji kuasa nuklear yang dibina di dunia (kecuali di negara UK, Jepun dan Kanada). Dalam PWR, bahan pendingin utama (Air) dipam pada tekanan tinggi ke teras reaktor, dimana air tersebut dipanaskan dari tenaga yang dibebaskan oleh pembelahan atom-atom. Air panas yang bertekanan tinggi dialirkan ke penjana stim, dimana tenaga haba dalam air bertekanan dipindahkan kepada air bertekanan rendah yang mengalir pada kitaran yang berasingan, dimana stim dihasilkan. Stim tersebut menggerakkan turbin yang memutarkan penjana elektirk. Berbanding dengan reaktor air didih (BWR), tekanan dalam kitaran bahan pendingin utama menghalang air dari mendidih di dalam reaktor. Kesemua reaktor air ringan menggunakan air biasa sebagai bahan pendingin dan moderator.

PWR asalnya direka untuk digunakan sebagai pendorong nuklear untuk kapal selam nuklear dan telah digunakan dalam rekabentuk asal loji kuasa nuklear komersial kedua di Loji Kuasa Atom Shippingport.

Bahan api nuklear di dalam bekas tekanan reaktor mengalami tindak balas rantai nuklear yang menghasilkan tenaga haba, dimana tenaga ini memanaskan air dalam lingkaran bahan pendingin utama. Bahan pendingin panas dipam kedalam penukar haba yang juga dikenali sebagai penjana stim. Pemindahan haba dilakukan tanpa mencampurkan kedua-dua bendalir untuk mengelakan bahan pendingin sekunder daripada menjadi radioaktif.

Di loji kuasa nuklear, stim bertekanan dihantar melalui turbin stim yang menggerakkan Penjana elektrik yang disambung kepada grid elektrik untuk membekalkan tenaga elektrik. Selepas melalui turbin, bahan pendingin sekunder disejukkan dan dimeluwap dalam kondenser. Air peluwap yang terhasil dipam semula ke dalam penjana stim, serta mengekalkan keaadan vakum di outlet turbin supaya wujud perbezaan tekanan merentasi turbin. Oleh itu, tenaga yang boleh diekstrak oleh turbin dapat ditingkatkan.

Stim yang dihasilkan mempunyai kegunaan lain disebalik menjana tenaga. Di dalam kapal dan kapal selam nuklear, stim dialirkan ke turbin stim yang disambungkan ke sistem transimisi untuk digunakan sebagai perejangan. Stim yang dihasilkan juga boleh digunakan dalam sistem pemanasan daerah di sesetengah negara.

Ciri yang unik bagi reaktor air bertekanan ialah pengasingan sistem pendingin utama dan sekunder dimana wujud dua kitaran bahan pendingin yang berasingan yang diisi dengan air ternyahion. Tekanan dalam kitaran pendingin utama biasanya ditetapkan pada 15-16 megapascal (150-160 bar), nilai yang lebih tinggi berbanding rekabentuk reaktor nuklear lain.

Air ringan digunakan sebagai bahan pendingin utama dalah PWR. Air memasuki bawah teras reaktor pada suhu sekitar 548 K (275 C) dan dipanaskan semasa air tersebut mengalir ke atas melalui teras reaktor sehingga mencapai suhu sekitar 588 K. Air kekal dalam keadaan cecair walaupun mencapai suhu tinggi kerana tekanan tinggi dalam kitaran pendingin utama. Air dalam PWR tidak boleh melepasi suhu 647 K atau tekanan melebihi 22.064 MPa, kerana suhu dan tekanan tersebut ialah titik genting bagi air.^[1]

Tekanan dalam kitaran utama dikekalkan oleh penekan, sebuah bekas yang bersambung dengan kitaran utama dan diisi separa dengan air yang dipanaskan hingga ke takat didih bagi tekanan yang dikehendaki menggunakan elemen pemanas. Untuk mencapai tekanan sebanyak 15.5 MPa , suhu penekan dikekalkan pada 618 K.^[2]

Bahan pendingin dipam mengelilingi kitaran utama menggunakan pam yang berkuasa.^[3] Pam-pam ini mempunyai kadar pengepaman dalam 378,541 liter bahan pendingin seminit. Selepas menyerap haba dari teras reaktor, bahan pendingin utama memindahkan haba kedalam penjana stim kepada bahan pendingin sekunder, lalu menyejatkan bahan pendingin sekunder menjadi stim tepu pada tekanan 6.2 Mpa dalam kebanyakkan rekabentuk untuk digunakan dalam turbin stim. Bahan pendingin utama yang menyejuk dikembalikan ke bekas reaktor untuk dipanaskan semula.