轻水堆

用轻水慢化和冷却的核反应堆。水在反应堆内不沸腾的称为压水堆;水在反应堆内沸腾的称为沸水堆。轻水堆是目前最主要的堆型。轻水是相对重水(分子式D2O)而言,即通常的普通水(分子式H2O)。当然,轻水堆所用的水须经化学水处理,去除对金属材料有腐蚀危害的金属和非金属离子,通常称为去离子水

轻水堆的特点

轻水的特点直接关系轻水堆。轻水与气体相比,密度较大,导热较好。因此,它不仅是良好的慢化剂,也是良好的冷却剂。由于水的慢化和载热能力较好,所以轻水堆的结构紧凑,堆心体积小,堆心功率密度(堆心单位体积的功率)大。因此,在相同体积下轻水堆功率最高。功率相同时,轻水堆的体积最小。这是轻水堆的主要优点。

轻水堆的主要弱点有二:

(1)水的沸点低,在一个标准大气压下,水在100 ℃沸腾。为了提高反应堆冷却剂(冷却水)的出口温度,提高热效率,就必须提高压力。为了提高压力就要有承受高压的压力容器(压力壳)。

(2)轻水的热中子吸收截面(吸收热中子的几率)比石墨和重水大。为了维持自持链式裂变反应,轻水堆无法以天然铀作为核燃料,必须使用经过浓缩的核燃料(一般要求U-235的含量为2~3%,而天然铀的U-235浓度为0.714%)。

目前,已建、在建和计划建造的核电站中,轻水堆占85%以上。轻水堆中,压水堆又占绝对优势。

沸水堆

冷却水在堆心沸腾而产生的蒸汽直接推动汽轮发电机组,这既降低反应堆和系统的工作压力,又省去压水堆中较复杂的蒸汽发生器,减少大量回路设备。此外,沸水堆几乎不可能发生失水事故,比压水堆更能适应外界负荷变化的需要。因此,在核电站发展的初期,压水堆和沸水堆同样吸引着用户,两种堆型的建造数量几乎相近。但是,沸水堆中带放射性的蒸汽直接进入汽轮机组,使汽轮机组维修困难,检修时反应堆停堆时间长,从而影响核电站的可利用率。此外,水沸腾后,密度降低,慢化能力减弱,因此所需核燃料比同功率压水堆多,堆心功密度较小,堆心体积及压力壳直径较大。气泡密度在堆心内变化,容易引起功率不稳定,控制较复杂。到1983年,沸水堆装机容量不及压水堆的44%,在建的沸水堆只有压水堆的25%,订货中的只占压水堆的13%。