Den CANDU reaktor , designet i Canada i 1950'erne og 1960'erne, er en atomreaktor i naturligt uran (uberiget) i tungt vand under tryk ( PHWR ) udviklet af Atomic Energy of Canada Limited . Forkortelsen "CANDU" står for Canada Deuterium Uranium i forhold til brugen af deuterium oxid ( tungt vand ) og naturligt uran brændstof .
CANDU-reaktorer bruger naturligt uran som brændstof. Naturligt uran består af flere isotoper af uran, hvoraf de mest findes uran 238 ( 238 U) og uran 235 ( 235 U). Kun 235 U- isotopen er fissil , den kan opretholde en kædereaktion .
235 U- koncentrationen i naturligt uran (0,72 masseprocent) tillader imidlertid ikke, at den opretholder denne kædereaktion alene. At drive en atomreaktor, at princippet er at bremse tilstrækkeligt neutroner fremstillet ved fission af et atom, således at sandsynligheden for, at de forårsager spaltning af et andet atom når et niveau, der tillader en kædereaktion i hele atomet. Brændstof . Denne proces kaldes: termisering af neutroner .
Termiseringen sker ved hjælp af en moderator, som effektivt kan bremse de neutroner, der produceres af fission uden at absorbere dem for meget. For 235 U- koncentrationen af naturligt uran opfylder tre materialer disse kriterier: beryllium , grafit og tungt vand . Grafit, billigere end tungt vand og beryllium blev brugt i de første atomreaktorer i historien ( CP-1 , X-10 (in) ).
CANDU'er er trykrørreaktorer, dvs. brændstof og moderator er adskilte. I denne forstand er de sammenlignelige med gasreaktorer ( UNGG , AGR ) og RBMK-reaktorer .
Det "kolde" tunge vand, der fungerer som moderator, er indeholdt i en cylindrisk tank kaldet en kalender . Denne gitter krydses af kanaler fyldt med gas ( kuldioxid ) husrør (380 for en CANDU 600). I disse tryk- rør, der indeholder hver af de brændstof bundter (12 eller 13), cirkulerer tungt vand under ”hot” tryk tjener som varmeoverførselsvæske . I modsætning til trykvandsreaktorer (PWR'er), der udgør størstedelen af verdens atomflåde, har CANDU-reaktorer således to rørledningsnetværk: den ene transporterer det "varme" kølemiddel under tryk og det andet væske. "Kold" moderator. I reaktorer af typen PWR udfører et enkelt rørledningsnetværk disse to funktioner.
Trykket fra tungt vand i trykrørene opretholdes på 10 megapascal , næsten 100 gange det atmosfæriske tryk ved havets overflade. Ved dette tryk koges vandet ikke, selvom dets temperatur når 310 ° C i kontakt med brændstof. Tungt vand under tryk overfører den erhvervede termiske energi til let vand gennem dampgeneratorer nær reaktoren. Inden for sidstnævnte bringes let vand i kog, og dampen bruges til at dreje turbiner forbundet med generatorer, der producerer elektricitet. Denne proces, der er fælles for alle atomkraftreaktorer, er ikke uden tab, da der for 2.776 megawatt varme (MWt) genereret af en CANDU-850 reaktor kun produceres 934 megawatt elektricitet (MWe) brutto ( output på 30%).
Hvis CANDU-reaktorerne alle har fælles tungt vand som moderator, er andre kølevæsker historisk blevet testet, såsom kogende let vand (CANDU-BLW) i Gentilly-1-reaktoren ved Gentilly atomkraftværk eller olie (CANDU-OCR ) i WR-1 eksperimentel reaktor ved Whiteshell Laboratories.
Udviklingen af CANDU har gennemgået fire store faser. De første reaktorer var eksperimentelle systemer med begrænset effekt. De blev erstattet af en anden generation af 600 MWe reaktorer , derefter en serie på 800-900 MWe . En tredje generation er blevet udviklet, men er endnu ikke implementeret.
Efter invasionen af Frankrig i starten af Anden Verdenskrig , et team af franske forskere, der studerede, hvordan en blanding af uran og tungt vand kunne opretholde en kædereaktion lækket til Storbritannien med dets lager af tungt vand. Da London indså, at en tungvandsreaktor kunne fremstille plutonium til det britiske atombombe-projekt Tube Alloys , etablerede det Montreal-laboratoriet, der skulle flytte udenlandske forskere så tæt som muligt på de råvarer, der var nødvendige for virksomheden og amerikanske forskere. Canada var faktisk producent af tungt vand og uran, skønt disse ressourcer dengang var under amerikansk kontrol. I 1943 blev Tube Alloys fusioneret med Manhattan-projektet, og amerikanerne investerede i den canadiske tungvandsreaktor.
Et laboratorium for nuklear forskning blev oprettet ved Chalk River i 1944. Der, den 5. september 1945, kom den første reaktor uden for USA i drift. ZEEP, en lille reaktor bygget til at teste rigtigheden af de canadiske forskeres beregninger, blev snart sammen med andre mere kraftfulde eksperimentelle reaktorer som NRX i 1947 og NRU i 1957.
Baseret på denne erfaring blev brugen af tungt vand tydeligt, da tiden kom til at designe en canadisk kommerciel reaktor. Især da landet ikke havde et uranberigelsesanlæg , og den amerikanske teknologi derefter blev holdt hemmelig, var udsigten til at bruge naturligt uran direkte den mest økonomiske.
I 1950'erne førte udviklingen af atomkraftreaktorer til, at flere lande testede forskellige designs.
I 1955 blev et projekt til opførelse af en prototype-modereret, tung vandkølet reaktor i fællesskab igangsat af Ontario Hydro (OH), Canadian General Electric (CGE) og Atomic Energy of Canada Ltd (AECL). Det oprindelige design brugte en trykbeholder, men Canada havde ikke smedere, der var i stand til at gøre en sådan del, designerne af CANDU vendte sig om brugen af trykrør: en velkendt teknologi, da den går tilbage til de tidligste. Militære reaktorer med fordelen ved at lade reaktoren genoplades, mens den kører.
Dette arbejde førte i 1962 til den første CANDU-reaktor, Nuclear Power Demonstration (NPD), bygget i Rolphton ( Ontario ), ikke langt fra Chalk River. Den skulle kun være et bevis på konceptet og producerede kun 22 MW elektricitet, men den forblev i funktion indtil 1987. Den anden CANDU var reaktoren til Douglas Point , en version af 200 MWe bygget nær Kincardine (Ontario) overfor Lake Huron . I tjeneste i 1968 blev den afbrudt i 1984, fordi dens præstation var skuffende.
En anden eksperimentel reaktor, Gentilly-1 , blev bygget i Quebec ved Bécancour ved St. Lawrence-floden . Tilsluttet til nettet i april 1971 producerede det kun elektricitet et par måneder, før det var den første til at lukke i 1977.
NPD og Douglas Point har bevist konceptets levedygtighed, og det første anlæg med flere enheder blev taget i brug i 1971 i Pickering , Ontario. I modsætning til tidligere reaktorer, bygget langt fra befolkningen, blev Pickering-stedet bevidst valgt tæt på Toronto for at reducere omkostningerne ved transport af elektricitet, og fordi en unik indeslutningsstruktur blev tilføjet.
CANDU 6Canada gik ind på det internationale marked i 1972 med AECL 's konstruktion i Indien af en 200 MWe reaktor af typen Douglas Point ( Rajasthan 1 ). Efter opførelsen af den anden enhed (Rajasthan 2) fortsatte Indien alene sit atomprogram.
Samme år forsynede CGE Pakistan med en MWe-reaktor på 137 MWe baseret på NPD. CGE opgav derefter opførelsen af reaktorer, og AECL arvede sit koncept for enhedsreaktor baseret på Pickering-konceptet. Denne nye reaktor med en øget effekt på 100 MWe sammenlignet med Pickering, CANDU 6, eksporteres uden for Ontario til Gentilly ( Quebec) og Point Lepreau (1983) i New Brunswick og uden for Canada, i Sydkorea (1983). , Argentina (1984), Rumænien (1996) og Kina (2002). Efter succesen med CANDU 6 vil AECL udvikle den lille CANDU 3 (450 MWe ) og den store CANDU 9 (900 MWe ), men disse to designs vil derefter blive opgivet på grund af mangel på kunder.
900 MWe klassePickering A blev hurtigt efterfulgt af Bruce-kraftværket, bygget mellem 1971 og 1987. Med otte reaktorer på ca. 800 MWe hver er det det mest magtfulde nukleare anlæg i verden, før det blev detroneret i 1997 af det japanske kraftværk i Kashiwazari-Kariwa. . . En anden skalaudvidelse skabte Darlington- kraftværket i 1990, svarende til Bruce, men genererede 880 MWe pr. Reaktor. Som i tilfældet med Pickering, skabte Bruces design en ompakket version, CANDU 9.
Atomic Energy of Canada Limited udviklede først et 700 MWe design baseret på CANDU 6 og CANDU 9 kaldet Advanced CANDU Reactor (ACR). Meddelelsen om den nukleare renæssance i 2000'erne gentog tendensen mod stigende magt, og ACR-700 blev 1.200 MWe ACR-1000 .
ACR-1000 opgav naturligt uran som brændstof til fordel for let beriget uran (1-2% 235 U). Dette valg tillader en negativ vakuumkoefficient og brug af let vand som kølemiddel, hvilket reducerer omkostningerne. Til det samme formål reduceres volumenet af kalenderen, og produktionen af tritium reduceres følgelig. Stadig med henblik på at reducere omkostningerne, ville denne lette berigelse øge forbrændingshastigheden, reducere hyppigheden af genopladning og dermed mængden af produceret affald. Disse egenskaber tjente som grundlag for et design, da det blev forladt, menet at være endnu mere innovativt ved at bruge superkritisk vand som kølemiddel: CANDU-X.
Overvejet i Alberta, New Brunswick, Storbritannien og Ontario, blev der ikke bygget nogen ACR-1000, og dens udvikling blev stoppet efter salget af reaktordivisionen af AECL til Candu Energy (et datterselskab af SNC-Lavalin ) i 2011.
Forbedret CANDU 6Baseret på de innovationer, der blev introduceret med CANDU 9 og på erfaringerne med at opbygge den nyeste CANDU 6 ( Qinshan ), øger den forbedrede CANDU 6 (EC6) sikkerheden og skubber reaktorens levetid til 60 år og deres faktor. Belastning mere end 90%. Ingen er blevet bygget til dato, men Candu Energy fortsætter med at udvikle reaktoren.
Advanced Fuel CANDU Reactor (AFCR)I stedet for at konkurrere med tryk- eller kogende letvandsreaktorer (REL) er CANDUs avancerede brændselscyklereaktor (AFCR) placeret som et supplement til disse sektorer. AFRC er en EC6 optimeret til brug af genbrugt REL-brændstof (0,95% 235 U). I 2016 underskrev Chinese National Nuclear Company og Shanghai Electric aftaler med Candu Energy om at udvikle og bygge denne nye reaktor.
AECL studerer en fjerde generation af CANDU-reaktor : CANDU-SCWR. Dette nye konceptdesign bruger stadig trykrør og tungt vand som moderator, men ligesom CANDU-X er superkritisk let vand som kølemiddel. Under tryk til 25 MPa mod 10,5 MPa i en CANDU-6 bringes let vand til 625 ° C i kontakt med brændstoffet, hvilket vil øge den termodynamiske effektivitet til mere end 40% mod 30% i dag.
Den CANDU ejere gruppe består af lande, der i øjeblikket ejer sådanne reaktorer.
Alle civile atomkraftreaktorer bygget i Canada (25 i antal) er af CANDU-typen. 22 af disse reaktorer er placeret i Ontario (fire nedlagt og 18 ved Pickering , Bruce og Darlington NPP'er ), to i Quebec (ved Gentilly NPP , nedlagt) og en i New Brunswick (ved Point Lepreau atomkraftværket ).
Land | Central | Nummer
af reaktorer |
Type |
1 re indstilling
i brug |
Kommentarer |
---|---|---|---|---|---|
Indien | Rajasthan | 2 | Douglas Point | 1972 | 16 CANDU-derivater i drift og 4 under opførelse. |
Pakistan | Karachi | 1 | NPD | 1972 | KANUPP-I reaktor. |
Sydkorea | Wolsong | 4 | CANDU-6 | 1983 | |
Argentina | Indlejre | 1 | 1984 | En yderligere reaktor under undersøgelse. | |
Rumænien | Cernavoda | 4 | 1996 | To reaktorer i drift, to ufærdige. | |
Kina | Qinshan | 2 | 2002 |
Mange af disse transaktioner fandt sted på det tidspunkt med diktatoriske regimer eller lande med vaklende demokrati . Opførelsen af det argentinske kraftværk i Embalse, for eksempel, begynder i den tredje periode af general Juan Perón i 1974, fortsætter gennem de mørke år i det argentinske militærdiktatur og slutter i 1984, når Raúl Alfonsín kommer fra, bliver demokratisk valgt. Derudover mistænkes Indien og Pakistan for at have erhvervet det nødvendige brændstof til atomvåben takket være CANDU-reaktorer.