沸水反应堆(沸水反应堆和压水堆)

核反应堆通常分为四代。第一代反应堆开发于1950-60年，最后一个第一代反应堆(英国的Wylfa 1)于2015年底关闭。它们大多使用天然铀燃料和石墨作为慢化剂。第二代反应堆的典型代表是美国目前的核动力舰队。他们通常使用浓缩铀燃料，大部分是用水冷却减速。第三代核反应堆和第二代核反应堆没有明显区别，但安全性有所提高。第一批第三代核反应堆在日本运行，2018年初开始在中国、俄罗斯和阿联酋运行。

第四代核反应堆仍处于设计阶段，要到本世纪20年代中期才能投入使用。它们通常有一个封闭的燃料循环，燃烧已经成为乏燃料一部分的长寿命锕系元素，因此裂变产物是唯一的高放废物。本文主要介绍三种常规类型的核反应堆。

压水堆

这是最常见的一种，起源于一种海底动力装置的设计。压水反应堆使用普通水作为冷却剂和减速剂。该设计的特点是主冷却回路在高压下流经反应堆堆芯，辅助回路产生蒸汽驱动涡轮机。压水堆每个燃料组件有200-300根棒，垂直排列在堆芯内。大型反应堆有150-250个燃料组件和80-100吨铀。

反应堆堆芯中的水可以达到大约325°C，因此必须保持在150倍大气压的压力下，以防止水沸腾。压力由增压器中的蒸汽维持。在主冷却回路中，水也是一种缓和剂。如果水变成蒸汽，裂变反应就会变慢。这种负反馈效应是这种反应堆的安全特性之一。

第二个回路中的压力较小。水在热交换器中沸腾，热交换器也是蒸汽发生器。蒸汽驱动涡轮机发电，然后冷凝并返回与主回路接触的热交换器。

沸水反应堆

这种类型的反应堆与压水堆有许多相似之处，唯一的区别是它只有一个回路。在这个回路中，水的压力较低(约为大气压的75倍)，因此堆芯的沸点在285℃左右，与压水堆相比，沸水堆机组更容易在负荷跟踪模式下运行。

蒸汽通过堆芯上方的干燥板(蒸汽分离器)，然后直接进入汽轮机，所以汽轮机是反应堆回路的一部分。由于反应堆堆芯周围的水总是受到放射性核素的污染，这意味着在维护期间必须对涡轮机进行屏蔽并提供辐射防护。水中的大多数放射性物质都是非常短暂的，因此它们可以在反应堆关闭后很快进入涡轮机房。

沸水反应堆的燃料组件包括90-100根燃料棒，一个反应堆堆芯中有多达750个组件，包含多达140吨铀。

重水反应堆

该反应堆通常使用天然铀(0.7% U-235)氧化物作为燃料，因此需要一种更有效的慢化剂:重水(D2O)。慢化剂位于一个名为管壳式的大型储罐中。数百根水平压力管贯穿其中，形成燃料通道，在主冷却回路中由高压(约100倍大气压)重水流冷却。与压水堆一样，主冷却剂在二回路中产生蒸汽来驱动涡轮机。

这种压力管的设计意味着，通过将单独的压力管与冷却回路隔离，反应堆可以在不停机的情况下逐步换料。与大型压力容器的设计相比，建造这种管道的成本较低，但事实证明这种管道并不耐用。