PWR ve BWR Reaktör Arasındaki Fark Nedir?

Nükleer enerji santrallerinde kullanılan en yaygın reaktör teknolojileri arasında PWR ve BWR reaktörleri bulunur. Her iki reaktör tipi de nükleer fisyon sonucunda ortaya çıkan ısıyı kullanarak elektrik üretir.

PWR ve BWR reaktörlerinde nükleer yakıt, reaktör çekirdeği, kontrol sistemleri, su ve buhar çevrimi bulunur. Ancak iki reaktör arasındaki en önemli fark buharın nerede ve nasıl üretildiğidir.

PWR reaktöründe reaktörden geçen su yüksek basınç altında tutulur ve kaynaması önlenir. Isı, buhar jeneratörü üzerinden ikinci bir su devresine aktarılır.

BWR reaktöründe ise su doğrudan reaktör çekirdeğinde kaynar ve oluşan buhar türbine gönderilir.

Peki PWR ve BWR reaktör arasındaki fark nedir? Hangi reaktör daha güvenlidir ve çalışma sistemleri nasıl farklıdır?

Bu yazıda PWR ve BWR nükleer reaktörlerini teknik özellikleriyle karşılaştıracağız.

PWR Reaktörü Nedir?

PWR açılımı:

Pressurized Water Reactor

şeklindedir.

Türkçesi:

Basınçlı Su Reaktörü

olarak kullanılır.

PWR reaktöründe su yüksek basınç altında reaktör çekirdeğinden geçirilir.

Reaktör çekirdeğinde fisyon reaksiyonları sonucunda ısı oluşur.

Birincil devredeki su yakıt çubuklarından bu ısıyı alır.

Su çok yüksek sıcaklığa ulaşmasına rağmen yüksek basınç nedeniyle birincil devrede kaynamaz veya toplu kaynama tasarım gereği önlenir.

Sıcak birincil devre suyu buhar jeneratörüne gönderilir.

Buhar jeneratöründe ikinci bir su devresine ısı aktarılır.

İkinci devredeki su kaynar.

Oluşan buhar türbine gönderilir.

BWR Reaktörü Nedir?

BWR açılımı:

Boiling Water Reactor

şeklindedir.

Türkçesi:

Kaynar Su Reaktörü

olarak kullanılır.

BWR reaktöründe su doğrudan reaktör çekirdeği içerisinde kaynar.

Yakıt çubuklarında oluşan ısı reaktör suyuna aktarılır.

Su kaynadığında buhar oluşur.

Reaktör basınç kabı içerisinde buhar ve su ayrıştırılır.

Oluşan buhar doğrudan türbin sistemine gönderilir.

Türbin döner.

Türbine bağlı jeneratör elektrik üretir.

Bu nedenle BWR reaktöründe PWR sistemindeki gibi ayrı bir buhar jeneratörü bulunmaz.

PWR ve BWR Arasındaki Temel Fark Nedir?

PWR ve BWR arasındaki en temel fark buhar üretim yöntemidir.

PWR sisteminde:

Reaktör suyu kaynatılmaz.

Reaktör suyu buhar jeneratörüne gider.

Isısını ikinci devredeki suya aktarır.

İkinci devrede buhar üretilir.

BWR sisteminde:

Su doğrudan reaktör çekirdeğinde kaynar.

Reaktörde oluşan buhar türbine gönderilir.

Basit şekilde:

PWR = Dolaylı buhar üretimi

BWR = Doğrudan buhar üretimi

olarak düşünülebilir.

PWR Reaktörü Nasıl Çalışır?

PWR reaktöründe elektrik üretim süreci şu şekilde gerçekleşir:

Reaktör çekirdeği

↓

Birincil devre suyu ısınır

↓

Buhar jeneratörü

↓

İkincil devrede buhar oluşur

↓

Türbin döner

↓

Jeneratör elektrik üretir

Reaktör çekirdeğinden geçen su yüksek basınç altında tutulur.

Birincil devre suyu buhar jeneratörüne gider.

Buhar jeneratöründe ısı transfer boruları bulunur.

Birincil devre suyu ile ikincil devre suyu normal çalışma sırasında birbirine karışmaz.

Isı metal boru yüzeylerinden aktarılır.

İkincil devrede buhar oluşur.

Buhar türbin sistemine gönderilir.

BWR Reaktörü Nasıl Çalışır?

BWR sisteminde elektrik üretim çevrimi daha doğrudan yapıdadır.

Çalışma sırası şöyledir:

Reaktör çekirdeği

↓

Reaktör suyu kaynar

↓

Buhar oluşur

↓

Buhar türbine gider

↓

Türbin döner

↓

Jeneratör elektrik üretir

Reaktör çekirdeğinde su kaynar.

Oluşan buhar reaktör basınç kabının üst bölümüne yükselir.

Buhar içerisindeki su damlacıklarının ayrılması gerekir.

Bu nedenle:

Buhar ayırıcıları

ve:

Buhar kurutucuları

kullanılabilir.

Daha kuru buhar türbin sistemine gönderilir.

PWR Reaktöründe Neden Su Kaynamaz?

PWR reaktöründe birincil devre çok yüksek basınç altında çalışır.

Normal atmosfer basıncında su yaklaşık 100°C sıcaklıkta kaynar.

Ancak basınç yükseldikçe suyun kaynama sıcaklığı da yükselir.

PWR reaktörlerinde birincil devre basıncı yaklaşık:

15-16 MPa

seviyelerinde olabilir.

Su yaklaşık 300°C’nin üzerindeki sıcaklıklara ulaşabilir.

Ancak yüksek basınç nedeniyle birincil devrede toplu kaynama oluşması önlenir.

Bu sayede su sıvı halde reaktörden buhar jeneratörüne ısı taşıyabilir.

BWR Reaktöründe Su Neden Kaynatılır?

BWR tasarımında reaktör basınç kabı aynı zamanda buhar üretim sisteminin önemli bir parçasıdır.

Reaktör çekirdeğinde oluşan ısı doğrudan suya aktarılır.

Su kaynar.

Oluşan buhar türbine gönderilir.

Bu sistemde ayrı bir buhar jeneratörüne ihtiyaç duyulmaz.

BWR reaktör basıncı PWR sistemine göre daha düşük olabilir.

Tipik BWR çalışma basıncı yaklaşık:

7 MPa

seviyelerinde olabilir.

Kesin değer reaktör tasarımına göre değişir.

PWR’da Kaç Su Devresi Vardır?

PWR sisteminde temel olarak birincil ve ikincil devre bulunur.

Birincil devre:

Reaktör çekirdeğinden geçer.

Reaktörden ısı alır.

Buhar jeneratörüne gider.

Isısını ikincil devreye aktarır.

Tekrar reaktöre döner.

İkincil devre:

Buhar jeneratöründe ısı alır.

Su buhara dönüşür.

Buhar türbine gider.

Kondenserde tekrar suya dönüşür.

Besleme suyu sistemiyle buhar jeneratörüne geri gönderilir.

Ayrıca kondenser için ayrı bir soğutma suyu sistemi bulunabilir.

Bu nedenle santral genelinde yalnızca iki su sistemi bulunduğunu düşünmek doğru değildir.

BWR’da Kaç Su Devresi Vardır?

BWR sisteminde reaktör ve türbin buhar çevrimi daha doğrudan bağlantılıdır.

Reaktörde üretilen buhar türbine gider.

Türbinden çıkan buhar kondenserde yoğuşturulur.

Su pompalar yardımıyla tekrar reaktöre gönderilir.

Temel çevrim:

Reaktör

↓

Türbin

↓

Kondenser

↓

Besleme suyu sistemi

↓

Reaktör

şeklindedir.

Kondenser için ayrıca soğutma suyu sistemi bulunabilir.

BWR’da PWR sistemindeki gibi ayrı bir buhar jeneratörü üzerinden oluşturulan ikincil buhar çevrimi bulunmaz.

PWR’da Reaktör Suyu Türbine Gider mi?

Hayır.

PWR reaktöründe birincil devre suyu doğrudan türbine gitmez.

Reaktörden çıkan sıcak su buhar jeneratörüne gönderilir.

Burada ikincil devredeki suya ısı aktarır.

Türbine giden buhar ikincil devrede üretilir.

Yani:

Reaktör suyu ≠ Türbin buharı

Bu ayrım PWR tasarımının en önemli özelliklerinden biridir.

Birincil devre reaktör çekirdeğiyle doğrudan bağlantılıdır.

Türbin sistemi ise ikincil devrede bulunur.

BWR’da Reaktör Buharı Türbine Gider mi?

Evet.

BWR reaktöründe çekirdekte oluşan buhar türbin sistemine gönderilir.

Reaktör basınç kabındaki buhar ayırıcı ve kurutucu sistemlerinden geçen buhar ana buhar hatları üzerinden türbine ulaşır.

Bu nedenle BWR türbin sistemi reaktör buhar çevrimiyle doğrudan bağlantılıdır.

Bu durum radyolojik tasarım açısından dikkate alınmalıdır.

Türbin ve ana buhar sisteminin belirli bölümlerinde radyoaktif aktivite bulunabilir.

Bu nedenle bakım ve radyasyon koruma prosedürleri PWR sisteminden farklı olabilir.

PWR Buhar Jeneratörü Ne İşe Yarar?

Buhar jeneratörü PWR sisteminde birincil ve ikincil devre arasında ısı transferi sağlar.

Reaktörden gelen sıcak birincil devre suyu buhar jeneratörü içerisindeki borulardan geçebilir.

İkincil devredeki su boruların çevresinde bulunur.

Birincil devre suyu ısısını boru yüzeyleri üzerinden ikincil devreye aktarır.

İkincil devredeki su kaynar.

Buhar oluşur.

Buhar türbine gönderilir.

İki devre normal işletmede doğrudan birbirine karışmaz.

BWR’da Neden Buhar Jeneratörü Yoktur?

BWR reaktörü buharı doğrudan reaktör basınç kabı içerisinde üretir.

Bu nedenle ayrı bir buhar jeneratörüne ihtiyaç duyulmaz.

Reaktör çekirdeğindeki su kaynar.

Buhar reaktör basınç kabının üst bölümüne yükselir.

Buhar ayırıcılardan geçer.

Kurutuculardan geçer.

Ana buhar hatları üzerinden türbine gönderilir.

Bu tasarım bazı ekipmanları ortadan kaldırarak sistem yapısını daha doğrudan hale getirir.

Ancak reaktör buharının türbin sistemine gitmesi farklı radyolojik ve bakım gereksinimleri oluşturur.

PWR’da Basınçlandırıcı Neden Kullanılır?

PWR sisteminde birincil devre basıncının yüksek seviyede tutulması gerekir.

Bu amaçla:

Pressurizer

yani:

Basınçlandırıcı

kullanılır.

Basınçlandırıcı birincil devre basıncının kontrol edilmesine yardımcı olur.

İçerisinde elektrikli ısıtıcılar ve püskürtme sistemleri bulunabilir.

Basınç artırılmak istendiğinde ısıtıcılar kullanılabilir.

Basınç düşürülmek istendiğinde daha soğuk su püskürtülebilir.

Böylece birincil devre basıncı çalışma sınırları içerisinde tutulur.

BWR’da Basınçlandırıcı Var mı?

Klasik PWR sistemindeki gibi ayrı bir basınçlandırıcı BWR reaktöründe bulunmaz.

BWR reaktör basınç kabının üst bölümünde buhar hacmi bulunur.

Reaktör basıncı buhar üretimi ve reaktör kontrol sistemleriyle yönetilir.

Bu nedenle BWR tasarımında ayrı bir pressurizer ekipmanına ihtiyaç duyulmaz.

Bu durum PWR ve BWR arasındaki önemli ekipman farklarından biridir.

PWR ve BWR Kontrol Çubukları Arasındaki Fark Nedir?

Her iki reaktör tipinde de kontrol çubukları nötronları absorbe ederek reaktivitenin kontrol edilmesine yardımcı olur.

Ancak kontrol çubuklarının mekanik yerleşimi farklı olabilir.

Birçok PWR tasarımında kontrol çubukları reaktör basınç kabının üst tarafından çekirdeğe girer.

BWR tasarımlarında ise kontrol çubuğu mekanizmaları reaktör basınç kabının alt bölümünde bulunabilir.

Kontrol çubukları aşağıdan çekirdeğe hareket ettirilebilir.

BWR reaktör basınç kabının üst bölümünde buhar ayırıcıları ve kurutucular bulunduğu için kontrol çubuğu mekanizmalarının yerleşimi farklıdır.

BWR’da Su Seviyesi Neden Çok Önemlidir?

BWR reaktöründe su doğrudan çekirdek içerisinde kaynar.

Bu nedenle reaktör basınç kabındaki su seviyesi kritik işletme parametrelerinden biridir.

Yakıt çubuklarının yeterli şekilde soğutulması gerekir.

Su seviyesinin ciddi şekilde düşmesi yakıtın yeterli soğutulamamasına neden olabilir.

Bu nedenle BWR sistemlerinde:

• Reaktör su seviyesi
• Besleme suyu akışı
• Buhar akışı
• Reaktör basıncı

sürekli izlenir.

Acil durum soğutma sistemleri düşük su seviyesi ve farklı kaza senaryolarında devreye girebilir.

PWR’da Borlu Su Kullanılır mı?

Birçok PWR tasarımında birincil devre suyunda çözünmüş bor kullanılabilir.

Bor nötron absorbe etme özelliğine sahiptir.

Bor konsantrasyonu değiştirilerek reaktivite kontrolüne yardımcı olunabilir.

Bu sistem:

Kimyasal shim

olarak adlandırılabilir.

Özellikle yakıt çevrimi boyunca uzun dönem reaktivite yönetiminde kullanılabilir.

VVER tipi basınçlı su reaktörlerinde de borik asit içeren birincil devre suyu kullanılabilir.

BWR’da Borlu Su Kullanılır mı?

BWR reaktörlerinde normal güç kontrolü için PWR sistemindeki gibi sürekli çözünmüş bor konsantrasyonu yönetimi yaygın temel yöntem değildir.

BWR reaktivite kontrolünde:

• Kontrol çubukları
• Çekirdek soğutucu akışı
• Buhar boşluk oranı

önemli rol oynar.

Ancak acil durum sistemlerinde bor içeren çözeltiler kullanılabilir.

Örneğin bazı BWR tasarımlarında Standby Liquid Control System bulunur.

Bu sistem gerektiğinde nötron absorbe edici bor içeren bir çözeltiyi reaktöre enjekte edebilir.

BWR’da Buhar Boşluk Oranı Nedir?

BWR reaktörlerinde su çekirdek içerisinde kaynadığı için su içerisinde buhar kabarcıkları oluşur.

Bu buhar hacimlerine:

Void

denir.

Buhar boşluk oranı arttığında çekirdekteki su yoğunluğu azalır.

Su aynı zamanda moderatör görevi gördüğü için nötron moderasyonu değişir.

Modern BWR tasarımlarında negatif boşluk katsayısı önemli bir güvenlik özelliğidir.

Buhar miktarı arttığında moderasyon azalabilir.

Bu durum reaktivitenin ve reaktör gücünün düşmesine yardımcı olabilir.

Bu fiziksel geri besleme BWR reaktör davranışında önemli rol oynar.

PWR’da Buhar Boşluğu Oluşur mu?

PWR birincil devresinde toplu kaynama tasarım gereği önlenir.

Yüksek basınç sayesinde soğutucu sıvı halde tutulur.

Bu nedenle BWR reaktöründeki gibi çekirdek boyunca yüksek buhar boşluk oranına dayanan çalışma sistemi bulunmaz.

Ancak yakıt çubuğu yüzeylerinde belirli çalışma koşullarında yerel kabarcıklı kaynama olayları oluşabilir.

Bu kabarcıklar soğutucu içerisinde tekrar yoğuşabilir.

PWR tasarımında birincil devrenin genel olarak sıvı suyla dolu tutulması amaçlanır.

PWR mı Daha Güvenli BWR mı?

Bu soruya yalnızca reaktör tipine bakarak kesin cevap vermek doğru değildir.

Hem PWR hem de BWR reaktörleri farklı güvenlik sistemlerine sahiptir.

PWR sisteminin önemli avantajlarından biri reaktör birincil devresi ile türbin çevriminin ayrılmış olmasıdır.

BWR sisteminde ise daha doğrudan bir buhar çevrimi bulunur.

Ancak güvenlik yalnızca devre sayısına bağlı değildir.

Reaktörün:

• Tasarım nesli
• Koruma kabı
• Acil soğutma sistemleri
• Pasif güvenlik sistemleri
• İşletme kalitesi
• Bakım durumu

birlikte değerlendirilmelidir.

Modern bir BWR tasarımı eski bir PWR tasarımından daha gelişmiş güvenlik özelliklerine sahip olabilir.

Bu nedenle “PWR kesin daha güvenlidir” veya “BWR daha tehlikelidir” şeklinde genel bir sonuç doğru değildir.

Fukushima Reaktörleri PWR mı BWR mıydı?

Fukushima Daiichi Nükleer Santrali’ndeki kazadan etkilenen reaktörler BWR tipindeydi.

Reaktörler deprem sonrasında otomatik olarak durduruldu.

Ancak tsunami santralin elektrik ve soğutma sistemlerinde ciddi hasara neden oldu.

Uzun süreli soğutma kaybı meydana geldi.

Yakıt sıcaklıkları yükseldi.

Hidrojen oluştu.

Bazı reaktör binalarında hidrojen patlamaları yaşandı.

Fukushima kazasının temel nedeni yalnızca reaktörlerin BWR olması değildi.

Büyük tsunami sonucunda uzun süreli güç ve soğutma kaybı ağır kazanın gelişiminde kritik rol oynadı.

Akkuyu PWR mı BWR mı?

Akkuyu Nükleer Güç Santrali’nde kullanılan VVER-1200 reaktörleri basınçlı su reaktörü sınıfındadır.

Yani teknik olarak:

PWR

ailesi içerisinde değerlendirilir.

VVER-1200 reaktörlerinde birincil devredeki yüksek basınçlı su reaktör çekirdeğinden ısı alır.

Su buhar jeneratörlerine gider.

Buhar jeneratörlerinde ikincil devrede buhar üretilir.

Buhar türbine gönderilir.

Bu nedenle Akkuyu’daki VVER-1200 reaktörleri BWR değildir.

PWR ve BWR Arasındaki Farklar Tablosu

Özellik	PWR	BWR
Açılımı	Pressurized Water Reactor	Boiling Water Reactor
Türkçesi	Basınçlı Su Reaktörü	Kaynar Su Reaktörü
Reaktörde su kaynar mı?	Hayır	Evet
Buhar nerede üretilir?	Buhar jeneratöründe	Reaktör basınç kabında
Buhar jeneratörü	Var	Yok
Reaktör buharı türbine gider mi?	Hayır	Evet
Birincil devre basıncı	Daha yüksek	Daha düşük
Basınçlandırıcı	Var	Ayrı pressurizer yok
Türbin radyolojik durumu	Genellikle daha düşük aktivite	Reaktör buharıyla bağlantılı
Kontrol çubuğu yerleşimi	Genellikle üstten	Genellikle alttan
Çözünmüş bor kullanımı	Yaygın olabilir	Normal güç kontrolünde temel yöntem değil
Buhar boşluğu	Genel çalışma prensibi değil	Reaktör fiziğinde önemli
Çevrim yapısı	Dolaylı	Doğrudan

PWR ve BWR Hangisi Daha İyi?

PWR ve BWR reaktörlerinin farklı mühendislik avantajları bulunur.

PWR sisteminde reaktör birincil devresi ile türbin çevriminin ayrılması önemli bir tasarım özelliğidir.

BWR sisteminde ise buhar doğrudan reaktörde üretildiği için buhar jeneratörü gibi büyük ekipmanlara ihtiyaç duyulmaz.

PWR daha yüksek birincil devre basıncında çalışır.

BWR daha düşük reaktör basıncında çalışabilir ancak iki fazlı su-buhar akışının kontrol edilmesi gerekir.

Hangi sistemin daha iyi olduğu santral tasarımına, güvenlik sistemlerine, işletme stratejisine ve ekonomik koşullara bağlıdır.

Sonuç

PWR ve BWR arasındaki temel fark buharın nasıl üretildiğidir.

PWR reaktöründe birincil devre suyu yüksek basınç altında tutulur ve reaktör çekirdeğinde kaynaması önlenir. Sıcak su buhar jeneratörüne gider ve ikincil devrede buhar üretir.

BWR reaktöründe ise su doğrudan reaktör çekirdeğinde kaynar. Oluşan buhar reaktör basınç kabından çıkar ve türbine gönderilir.

Basit şekilde:

PWR = Reaktör suyu ve türbin buharı ayrıdır.

BWR = Reaktörde üretilen buhar türbine gider.

Her iki reaktör tipi de kontrollü nükleer fisyon enerjisini elektrik üretiminde kullanır. Ancak basınç, devre yapısı, buhar üretimi ve reaktör kontrol yöntemleri açısından önemli teknik farklılıklara sahiptir.