CANDU-tungtvand

Den canadiske tungtvandsreaktor – CANDU

Den canadiske tungtvandsreaktor er designet efter at kunne anvende natururan som brændsel.
Tungt vand har fået sit navn p.g.a. det i stedet for almindelig brint indeholder tung brint – Deuterium. Tungt vand skrives ofte således:
D₂O.
Tung brint består af en positiv proton og en neutron, hvilet gør den dobbelt så tung som almindelig brint. Tungt vands molekylvægt er derfor 20 mod normalt 18.

Tungt vand absorberer stort set ikke neutroner, derfor kan man etablere en kædeproces med natururan.
Som moderator er det knap så effektivt som letvand, hvorfor der skal benyttes større vægtmængder omkring brændslet – reaktorkernen er større og mere åben end letvandsreaktorer.
Tungt vand udvindes af havvand, hvor der i hver million vandmolekyler findes 146 molekyler tungt vand.
Et tungtvandsanlæg kan normalt forsyne 4 enheder med tungt vand
Både kølevand og moderator er tungt vand. Disse kredsløb er helt adskilte i Canduen. I det primære kølekredsløb, der er et lukket kredsløb, cirkulerer tungt vand som kølemiddel og moderator.
Det sekundære kredsløb, der forsyner generatoren med damp, er derimod almindelig letvand.
Det er uhyre energikrævende og kostbart at udvinde tungt vand. Til gengæld sparer men de kostbare berigningsanlæg, idet reaktoren med tungt vand kan anvende naturlig forekommende uran som brændsel, da det tunge vand onkring atombrændslet ikke absorberer neutroner af nævneværdig betydning.

Selve reaktortanken (calandriaen) har form som en vandret cylinder, hvor enden er flad. Der er gennemgående rør af en zircaloy-legeriung, der indeholder brændselspillerne.

Som antydet på tegningen kan brændslet udskiftes under driften, hvilket indebærer, at der ikke skal stoppes for at skifte brændselselementer. En CANDU-reaktor kan derfor producere uafbrudt, der skal kun stoppes for vedligehold og ved unormal drift.
Udskiftningen kan ske under driften, det sker ved hjælp af 2 lademaskiner, der kobles til hver sin ende af et trykrør. Et nyt rør med frisk brændsel indsættes i den ene ende, hvorefter det brugte element udtages i den anden ende.
Denne metode indebærer muligheden for at udtage brændsel efter så kort udbrændingstid, at man kan udvinde plutonium af våbenkvalitet. Denne risiko imødegår man ved af holde styr på brændselselementer, der er nummererede – og sørge for at al brændsel leveres og oparbejdes af firmaet, der har leveret reaktoren.
Når man har kontrueret reaktoren således, at brændslet kan udskiftes under gang hænger det sammen med, at man anvender natururan, der har en lav udbrændingstid – der skal skiftes brændsel langt oftere end i typer, der anvender beriget brændsel.

De nyere typer avancerede CANDU-reaktorer anvender svagt beriget brændsel og mindre mængder tungt vand end den oprindelige type.

Ca. 50% af energien skyldes spaltning af plutonium, der dannes i reaktoren under drift.
På figuren ses at der er tale om en reaktor af trykvandstypen, hvor en trykholder sørger for jævnt tryk i systemet.

CANDU-reaktoren opfattes som et meget sikkert kraftværk. I Canada befinder mange reaktorer sig umiddelbart i nærheden af storbyer.

CANDU-reaktoren er problematisk med hensyn til spredning af kernevåben. Ved at lade brændslet få en kort bestrålingstid i reaktoren kan man udvinde plutonium af våbenkvalitet. Der skal således særlige kontrolforanstaltninger til for at undgå at denne reaktortype kan bruges til militært formål.
En del lande har vist interesse for netop denne reaktortype, hvilket kunne tolkes som interesse for dens muligheder for at anvendes den til delvis militære formål.
Men der kan snarere være tale om andre motiver:

• Reaktorens anvendelse af natururan som brændsel giver gode muligheder for at kunne anvende egne uranforekomster.
• Reaktorerne kan skifte brændsel under drift hvilket giver gode muligheder for stor rådighedsfaktor og stabilisere elforsyningen.
• Reaktorerne kan leveres i ret små størrelser, der er lettere at indpasse i elforsyningen i lande med mindre udviklet elektricificering.

Det gælder f.eks. Indien, der nu har udbygget til 14 enheder i drift med planer om flere.
For at undgå de bliver misbrugt er alle brændselselementer nummererede.
Canada sørger for levering af nye brændselselementer og hjemtager de udbrændte elementer.

De indiske atombomber er ikke udviklet ved hjælp af den civile kernekraft, der består af 14 stk. CANDU-reaktorer. Våbenmaterialet stammer fra et mindre forsøgsanlæg, der producerer våbenplutonium.
Alle Canadas 21 reaktorer er af denne type.
Sydkorea, Rumænien, Argentina og Pakistan har henholdsvis 2, 1, 1 og 1 stk.

Der er udviklet flere lignende typer af tungtvandsreaktorerne, idet den ret åbne kerne giver en del forskellige tekniske muligheder. En variant med letvandskøling og tungtvandsmoderering har ikke vundet større udbredelse. 1 stk. er i drift i Storbritannien har ikke vist ret gode driftsresultater.(SGHWR)

I Danmark har der tidligere været interesse for tungtvandstypen p.g.a. mulighederne for at benytte uran fra Grønland.
En anden overvejelse har været, at enhedsstørrelsen er mere passende for os med et forholdsvis lille forsyningsområde, hvor forsyningssikkerheden kræver ret stor reservekapacitet. Ulempen ved denne type er de meget store omkostninger der er forbundet ved brugen af tungt vand.