反应堆类型

PWRs和BWRs

轻水反应堆(lwr)是与普通反应堆一样冷却和减速的动力反应堆水．有两种基本类型压水堆(PWR)和沸水反应堆(BWR)。在压水堆中，水在高压和高温下从堆芯带走热量，并被输送到一个蒸汽发生器．在那里，主回路的热量被转移到同样含有水的低压次级回路。二级回路中的水以略低于沸腾所需的压力和温度进入蒸汽发生器。然而，一旦从主回路吸收热量，它就会变得饱和，最终会略微过热。这样产生的蒸汽最终作为蒸汽轮机循环中的工作流体。

沸水反应堆的工作原理是直接动力循环。通过堆芯的水允许在中等压力水平沸腾。从堆芯区流出的饱和蒸汽通过位于反应堆内的一系列分离器和干燥器输送船这会促进过热状态。然后，过热的水蒸气被用作工作流体来转动汽轮机。

优点和缺点

每一种轻水堆设计都有自己的优点和缺点，因此，自20世纪60年代以来，沸水堆和压水堆概念之间就存在着竞争的经济市场。例如，尽管沸水反应堆蒸汽循环中的机械部件较少，但需要额外的部件来支持反应堆的紧急堆芯冷却系统。此外，沸水堆容器的内部系统更加复杂，因为它包括内部再循环泵和复杂的蒸汽分离和干燥设备，这些都是压水堆设计中没有的。另一方面，尽管压水堆的内部结构更简单，但沸水式反应堆的发电厂更小，因为它没有蒸汽发生器。事实上，pwr的蒸汽发生器——一个大型核电站通常有4个——比反应堆容器本身还要大。

沸水堆设计的直接循环原理减少了堆芯和蒸汽轮机之间的热损失，但是沸水堆运行的压力和温度比压水堆要低，造成的损失更少热力学效率．此外，由于沸水堆的功率密度略低于压水堆，在相同的反应堆功率下，压力容器的直径必须更大。另一方面，因为沸水堆在较低的压力下运行，它的压力容器比压水堆的压力容器更薄。

给轻水堆加油

两种标准轻水设计的燃料都是铀二氧化氧化物颗粒锆合金覆层(见上图燃料类型)．沸水堆燃料的浓缩程度略低，但压水堆燃料在排放之前产生的能量更多。典型压水堆的控制棒从顶部插入(通过反应堆头)，而沸水堆的控制棒从底部插入。

在压水堆的情况下，在放下并打开安全杆后，轻水反应堆通过拆除反应堆头来补充燃料。这使反应堆暴露在肉眼观察之下。反应堆容器的顶部充满了水，由于堆芯靠近容器的底部，水对操作人员起到了保护作用。每个要拆除的燃料组件都由一个燃料处理工具抓住，然后从堆芯中的位置吊到一个屏蔽桶中，在桶中，组件被转移到一个存储池中进行冷却，而它仍然具有高放射性。对于需要删除的每个元素，都要重复这个过程。

在大多数轻水堆中，一个典型的换料循环要除去大约三分之一的燃料组件。剩余的程序集然后在核心内移动，最后将新的程序集加载到空位置。在重新装填时更换燃料的目的是为下一个操作周期实现最佳的反应性和功率分配。重新加载是一项耗时的操作。原则上可以在两周内完成，但实际上核能植物在装填期间进行维护，这通常需要相当多的时间，长达几个月。公用事业公司在春季和秋季计划维护和重新装填，此时电力需求最低，电网通常有备用容量。

的移除燃料存储在存储池不仅具有高放射性，而且还会持续产生能量(称为衰变热)。这种能量被储存池中水的自然循环所去除。在20世纪60年代，当核工业处于早期阶段时，人们预计用过的燃料可以在两年内运出进行再处理。然而，这种选择目前只在世界上少数几个国家实行——值得注意的是法国,联合王国,日本，那里的大型设施采用一种先进的再处理技术，称为PUREX (见下文后处理方法)．一些国家没有再处理基础设施将他们的乏燃料运送到这三个设施，以减少将留在现场的活性物质的数量。在美国美国不进行再处理，但其储存池仍在接收乏燃料，其中一些储存池正在被填满。核电站运营商可以选择比原计划更密集地储存乏燃料，建造新的乏燃料池，或将最老的乏燃料储存在当地的地上筒仓(干式储存)中。最终，这些燃料将被转移到美国能源部用于再加工或废物处理或者两者都有可行的处置方案尚未建立。

低水位水利设施的全球现状

在20世纪70年代，轻水反应堆是最便宜的新能源电在世界大部分地区，它仍然是经济的，在许多国家，如日本，韩国，台湾，法国，以及中国(20世纪90年代，日本启动了雄心勃勃的核电站建设计划，几乎所有核电站都采用了轻水技术)。在美国，对LWRs的严格监管紧随其后三里岛事故1979年，再加上反应堆数量的减少研发活动，使得新的轻水设施的竞争性质在几十年里都成问题。在21世纪初，开始出现了一种恢复随着对可靠能源来源的需求持续增加，美国核电站的舰队明显老化，美国的核电部门正在增长。

随着时间的推移，轻水反应堆的规模往往会增加，达到1000兆瓦或更高的额定电力容量。最近的设计——产生300兆瓦或更少的小型模块化反应堆——可能能够以更经济的规模提供能源，从而吸引更广泛的市场。