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Reattori ad acqua in pressione (PWR - Pressurised Water Reactor) - Stefano Monti -
È il tipo più comune di reattore nella "filiera ad acqua naturale o leggera", con più di 230 in esercizio nel mondo per la produzione elettrica e varie centinaia per la propulsione navale.
La filiera ad acqua naturale (detta anche "leggera" in contrapposizione alla filiera ad acqua "pesante"), utilizza l'acqua sia come moderatore che FLUIDO TERMOVETTORE o refrigerante.
Questa filiera utilizza inoltre l'uranio arricchito come combustibile ed è quella che ha avuto il maggior successo, talché oggi tutti i nuovi reattori sono, praticamente, di questo tipo.
La versione russa di questi reattori è riferita di solito con la sigla VVER. Il progetto trae origine dal reattore ideato per la propulsione nucleare dei sottomarini e portaerei della US Navy all’inizio degli anni ’50, sotto la direzione dell’ammiraglio H. Rickover.
Il reattore è caratterizzato dall’avere due circuiti di raffreddamento indipendenti.
Il primario in cui l’acqua circola attraverso il nocciolo del reattore a pressione elevata (circa 155 volte la pressione atmosferica) ed il secondario in cui viene generato vapore, a più bassa pressione, che va in turbina, vedi figura.
Il nocciolo di un reattore commerciale di 1000 Mwe è costituito da circa 150-250 elementi per circa 80-100 tonnellate di uranio.
Ogni elemento contiene circa 200-300 barre di combustibile.
L’acqua raggiunge nel nocciolo la temperatura di circa 330 °C, è per questo che bisogna mantenerla sotto pressione a circa 150 volte la pressione atmosferica per evitare che entri in ebollizione.
La pressione nel circuito primario è assicurata mediante vapore dal pressurizzatore.
Come detto sopra, fungendo l’acqua del circuito primario anche da moderatore, qualora parte di questa venisse trasformata in vapore il processo di fissione verrebbe rallentato.
È questo uno degli effetti di controreazione intrinseca che caratterizzano la sicurezza dei PWR.
Per il controllo del reattore, oltre al sistema principale costituito dalle barre di controllo, vi è il sistema di spegnimento secondario che consiste nell’iniezione di boro (forte assorbitore di neutroni) nel circuito primario.
Il circuito di raffreddamento secondario funzione a più bassa pressione, talché l’acqua entra in ebollizione all’interno degli scambiatori di calore (generatori di vapore) tra circuito primario e secondario.
Il vapore viene convogliato in turbina, che a sua volta azione il generatore di elettricità (turboalternatore), per essere quindi condensato nel condensatore e ritornato allo stato liquido agli scambiatori in contatto con il circuito primario.