Reaktor air berat bertekanan

Diagram skema reaktor CANDU:   Panas dan   sisi dingin dari loop air berat primer;   panas dan   sisi dingin dari lingkaran air ringan sekunder; dan   moderator air berat dingin di kalandria, bersama dengan batang pengatur yang dimasukkan sebagian (seperti batang kendali CANDU yang dikenal).

1. Fuel bundle
2. Calandria (reactor core)
3. Adjuster rods
4. Heavy-water pressure reservoir
5. Steam generator
6. Light-water pump
7. Heavy-water pump
8. Fueling machines
9. Heavy-water moderator
10. Pressure tube
11. Steam going to steam turbine
12. Cold water returning from turbine
13. Containment building made of reinforced concrete

Desain reaktor CANDU PHWR ini adalah sejumlah bundel bahan bakar dalam banyak selongsong tabung kalandria dan ditata horizontal mendatar seperti tumpukan gelondong, pendingin air berat panas dialirkan dengan banyak pipa ke steam generator uap boiler menghasilkan uap panas tekanan tinggi yang dialirkan menggerakkan turbin generator listrik. Sedangkan pada reaktor lain sejumlah bundel bahan bakar dipasang tegak vertikal disatukan dalam satu kolam wadah bejana reaktor panas dan tekanan tinggi. Desain PHWR ini memudahkan penggantian bahan bakar secara online.

Reaktor air berat atau reaktor air berat bertekanan (pressurized heavy-water reactor, PWHR) adalah reaktor nuklir daya PLTN generasi II dengan desain reaktor sejumlah selongsong banyak tabung horizontal berisi bundel pelet bahan bakar uranium alam kadang uranium sedikit diperkaya yang menggunakan air berat (deuterium oksida, D₂O) sebagai zat pendingin dan moderator (pelambat) neutron. Air berat atau deuterium oksida adalah air dengan isotop deuterium (²H) sebagai hidrogennya. Air berat ini diberi tekanan tinggi agar dapat menyerap panas dan memiliki suhu tinggi tanpa mengalami pendidihan. Prinsip ini mirip reaktor air tekanan tinggi biasa. Walaupun air berat jauh lebih mahal dibanding air biasa, penggunannya meningkatkan ekonomi neutron dari reaktor tersebut. Contoh jenis reaktor PHWR adalah Reaktor CANDU yang dikembangkan oleh negara Kanada dan reaktor IPHWR India. Pada awal tahun 2001, 31 PHWR beroperasi, memiliki kapasitas total 16,5 GW(e), mewakili sekitar 7,76% berdasarkan jumlah dan 4,7% dengan kapasitas pembangkit dari semua reaktor yang beroperasi saat ini.^{[1][2][3][4][5]}

Air adalah moderator neutron cepat yang sangat baik, memungkinkan mereka untuk bertransisi menjadi neutron termal yang mampu mendukung reaksi berantai dari bahan bakar nuklir yang diperkaya (Uranium mengandung sekitar 3% isotop 235), karena selain memoderasi neutron, ia cenderung menyerap banyak jumlah itu dan untuk membentuk deuterium.

Air berat hanyalah air yang bukannya hidrogen sudah memiliki isotop deuteriumnya, sudah dilengkapi dengan neutron, yang mempengaruhi kemampuan menyerap neutron dan oleh karena itu memungkinkan kelangsungan reaksi berantai bahan bakar yang tidak diperkaya.

Keuntungan PHWR

• Penggunaan Uranium yang Tidak Diperkaya. Reaktor air berat dapat menggunakan uranium alam, uranium yang sedikit diperkaya (konsentrasi U-235 0,71 hingga 2%).
• Penggunaan uranium "bekas". Di CANDU juga diuji penggunaan "off uranium" (campuran plutonium dan limbah radioaktif lainnya) dari batangan bahan bakar bekas dari reaktor nuklir lain (tanpa pengolahan ulang kimia, melalui siklus Dupic). Meskipun cukup "dibakar", limbah yang dihasilkan dari penggunaan ini jauh lebih berbahaya karena mengandung persentase tinggi neptunium-237 (sangat larut dalam air), plutonium-239 dan xenon-110 (selain uranium-238). Saat ini, rendahnya biaya uranium membuat daur ulang tidak diperlukan.
• Penggunaan Thorium sebagai bahan bakar. Thorium adalah logam aktinida, empat kali lebih umum dari uranium (lebih murah untuk mengekstrak dan "memurnikan" dari uranium, karena membutuhkan pengayaan).Thorium yang dikenakan fluks neutron termal berubah menjadi thorium-233, yang setelah peluruhan beta adalah transmuted ke dalam unsur uranium -233, yang fisil.
• Radiotoksisitas rendah dari limbah thorium.
• Keamanan pasif. Dalam reaktor air berat bertekanan, hilangnya (karena pecahnya pipa) atau penguapan zat pendingin (karena ledakan dahsyat setelah pembentukan gelembung hidrogen dan oksigen) sesuai dengan hilangnya moderator D 2 O, dan oleh karena itu reaksi fisi terkontrol akan berhenti secara spontan setelah kecelakaan serius ini. Meskipun deuterium tidak radioaktif, air berat dapat terkontaminasi dengan tritium dan partikel radioaktif lainnya dari pipa yang diaktifkan, dan oleh karena itu reaktor lebih aman di mana air tidak meninggalkan bangunan penahanan utama tetapi melalui penukar panas mentransfer energi panas ke bangunan eksternal berisi turbin yang menggerakkan generator listrik.
• Produksi tritium. Produk sampingan dari radiasi neutron deuterium (dalam air berat) adalah tritium, yang suatu hari nanti dapat dimanfaatkan oleh beberapa jenis reaktor fusi nuklir yang diusulkan (tetapi juga dalam bom termonuklir, sebagai penambah litium hidrida).

Kekurangan PHWR

• Tingginya biaya air berat. Untuk reaktor nuklir dari rantai pasokan CANDU telah dihitung bahwa air berat mewakili rata-rata sekitar 20% dari biaya modal untuk setiap reaktor. Di Semenanjung Bruce di Ontario, sebuah pabrik dibangun yang mampu menghasilkan 1 liter air berat untuk setiap 320.000 liter air dari Great Lakes (ditenagai oleh energi panas dan listrik yang dihasilkan oleh reaktor itu sendiri), tetapi setelah akumulasi surplus besar-besaran air berat, dan karena meningkatnya masalah lingkungan yang disebabkan oleh hidrogen sulfida, pabrik ditutup dan kemudian dibongkar.
• Iradiasi reaktor tinggi. Fluks intens neutron termal menyebabkan aktivasi radioaktif intens dari inti reaktor dan struktur bangunan penahan utama. Hal ini membutuhkan waktu tunggu yang lama antara de-fueling dan pembongkaran akhir reaktor nuklir, yang di lokasi dengan nilai komersial atau lanskap yang tinggi, dapat menyebabkan masalah ekonomi dan sosial yang signifikan.
• Hilangnya tritium ke lingkungan. Salah satu bahaya reaktor PHWR adalah polusi karena hilangnya sejumlah kecil tritium (beta-emitter) dalam air dari sirkuit pendingin sekunder reaktor.

Daftar Reaktor nuklir PHWR

PLTN	Unit No.	Reaktor		Status	Negara	Kapasitas dalam MW		Konstruksi mulai	Operasi komersial	Penutupan
		Jenis	Model			Net	Gross
Atucha[6]	1	PHWR	Siemens-KWU	Operasional	Argentina	335	362	01968-06-011 Juni 1968	01974-06-2424 Juni 1974
	2	PHWR	Siemens-KWU	Operasional	Argentina	692	745	01981-07-1414 Juli 1981 (halted in 1994, restarted in 2007)	02025-06-2727 Juni 2014
	3	PHWR	CANDU-6	Direncanakan[7]	Argentina	800			(02025-01-012025)
Embalse[8]	1	PHWR	CANDU-6	Operasional	Argentina	600	648	01974-04-011 April 1974	20 Januari 1984	(02049-01-012049)[9]
Pickering	1	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	515	542	Juni 1966	01971-07-2929 Juli 1971	(02022-01-012022)
	2	PHWR	CANDU	Shut down	Kanada	515	542	September 1966	30 Desember 1971	01997-01-011997
	3	PHWR	CANDU	Shut down	Kanada	515	542	Desember 1967	01972-06-011 Juni 1972	01997-01-011997
	4	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	515	542	Mei 1968	01973-06-1717 Juni 1973	(02022-01-012022)
	5	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	516	540	November 1974	10 Mei 1983	(02024-01-012024)
	6	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	516	540	Oktober 1975	1 Februari 1984	(02024-01-012024)
	7	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	516	540	Maret 1976	1 Januari 1985	(02024-01-012024)
	8	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	516	540	September 1976	28 Februari 1986	(02024-01-012024)
Darlington	1	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	878	934	April 1982	01992-11-1414 November 1992	(02052-01-012052)
	2	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	878	934	September 1981	9 Oktober 1990	(02050-01-012050)
	3	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	878	934	September 1984	14 Februari 1993	(02053-01-012053)
	4	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	878	934	Juli 1985	01993-06-1414 Juni 1993	(02053-01-012053)
Bruce	1	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	750	805	Juni 1971	01977-09-011 September 1977	(02042-01-012042)
	2	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	750	805	Desember 1970	01977-09-011 September 1977	(02043-01-012043)
	3	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	750	805	Juli 1972	1 Februari 1978	(02053-01-012053)
	4	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	750	805	September 1972	18 Januari 1979	(02054-01-012054)
	5	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	795	845	Juni 1978	1 Maret 1985	(02052-01-012052)
	6	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	822	872	Januari 1978	01984-09-1515 September 1984	(02052-01-012052)
	7	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	822	872	Mei 1979	01986-04-1010 April 1986	(02052-01-012052)
	8	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	795	845	Agustus 1979	22 Mei 1987	(02052-01-012052)
NPD	1	PHWR	CANDU	Shut down	Kanada	19.5	22	Januari 1958	01962-06-044 Juni 1962	01987-01-011987
Douglas Point	1	PHWR	CANDU	Shut down	Kanada	200	220	Februari 1960	01968-09-2626 September 1968	01984-01-011984
Gentilly	2	PHWR	CANDU-6	Shut down	Kanada	635	675	April 1974	1 Oktober 1983	02012-01-012012
Point Lepreau	1	PHWR	CANDU	Operasional	Kanada	635	660	Mei 1975	1 Februari 1983	(02041-01-012041)
Qinshan	III-1	PHWR	CANDU-6	Operasional	China	677	728	01998-06-088 Juni 1998	31 Desember 2002
	III-2	PHWR	CANDU-6	Operasional	China	677	728	01998-09-2525 September 1998	02025-07-2424 Juli 2003
MZFR	1	PHWR	Heavy water-cooled pressure vessel reactor	Shut down	Jerman	52	57	1 Desember 1961	19 Desember 1966	3 Mei 1984
Bhimpur[10]	1	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
	2	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
	3	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
	4	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
Chutka[11]	1	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
	2	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
Gorakhpur	1	PHWR	IPHWR-700	Under construction	India	630	700	(2019)[12]
	2	PHWR	IPHWR-700	Under construction	India	630	700
	3	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
	4	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
Kaiga	1	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	01989-09-011 September 1989	02000-11-1616 November 2000
	2	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	1 Desember 1989	16 Maret 2000
	3	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	30 Maret 2002	6 Mei 2007
	4	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	10 Mei 2002	20 Januari 2011
	5	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
	6	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
Kakrapar	1	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	1 Desember 1984	6 Mei 1993
	2	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	01985-04-011 April 1985	01995-09-011 September 1995
	3	PHWR	IPHWR-700[14]	Under Construction	India	630	700	02010-11-2222 November 2010	5 Mei 2020
	4	PHWR	IPHWR-700[14]	Under construction	India	630	700	02010-11-2222 November 2010
Madras	1	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	205	220	1 Januari 1971	27 Januari 1984
	2	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	205	220	1 Oktober 1972	21 Maret 1986
Mahi Banswara	1	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
	2	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
	3	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
	4	PHWR	IPHWR-700	Direncanakan	India	630	700
Narora	1	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	1 Desember 1976	1 Januari 1991
	2	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	01977-11-011 November 1977	01992-07-011 Juli 1992
Rajasthan	1	PHWR	CANDU[13]	Shut down	India	90	100	1 Agustus 1965	16 Desember 1973	Oktober 2004[15]
	2	PHWR	CANDU[13]	Operasional	India	187	200	01968-04-011 April 1968	01981-04-011 April 1981
	3	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	1 Februari 1990	02025-06-011 Juni 2000
	4	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	1 Oktober 1990	23 Desember 2000
	5	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	18 September 2002	4 Februari 2010
	6	PHWR	IPHWR-220[13]	Operasional	India	202	220	20 Januari 2003	31 Maret 2010
	7	PHWR	IPHWR-700[14]	Under construction	India	630	700	02025-07-1818 Juli 2011
	8	PHWR	IPHWR-700[14]	Under construction	India	630	700	02011-09-3030 September 2011
Tarapur	3	PHWR	IPHWR-540	Operasional	India	490	540	12 Mei 2000	18 Agustus 2006
	4	PHWR	IPHWR-540	Operasional	India	490	540	8 Maret 2000	02005-09-1212 September 2005
Karachi	1	PHWR	CANDU-137 MW	Operasional	Pakistan	90	100	1 Agustus 1966	7 Desember 1972
Cernavodă	1	PHWR	CANDU-6	Operasional	Romania	650	706	01982-07-011 Juli 1982	2 Desember 1996
	2	PHWR	CANDU-6	Operasional	Romania	650	705	01983-07-011 Juli 1983	31 Oktober 2007
	3	PHWR	CANDU-6	Unfinished; restart planned	Romania	650	705
	4	PHWR	CANDU-6	Unfinished; restart planned	Romania	650	705
	5	PHWR	CANDU-6	Unfinished	Romania	650	705
Wolsong	1	PHWR	CANDU-6	Shut down	Korea Selatan	657	687	30 Oktober 1977	01983-04-2222 April 1983	24 Desember 2019
	2	PHWR	CANDU-6	Operasional	Korea Selatan	655	678	01992-06-2222 Juni 1992	01997-07-011 Juli 1997
	3	PHWR	CANDU-6	Operasional	Korea Selatan	684	698	17 Maret 1994	01998-07-011 Juli 1998
	4	PHWR	CANDU-6	Operasional	Korea Selatan	688	703	01994-07-2222 Juli 1994	1 Oktober 1999
Ågesta	1	PHWR	R3	Shut down/dismantled	Swedia	10	12	1 Desember 1957	1 Mei 1964	01974-06-022 Juni 1974

Referensi

1. Marion Brünglinghaus. "Natural uranium". euronuclear.org. Diarsipkan dari versi asli tanggal 12 Juni 2018. Diakses tanggal 11 September 2015.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
2. National Research Council (2005). An International Spent Nuclear Fuel Storage Facility - Exploring a Russian Site as a Prototype: Proceedings of an International Workshop. doi:10.17226/11320. ISBN 978-0-309-09688-1. ^{[halaman dibutuhkan]}
3. Lestani, H.A.; González, H.J.; Florido, P.C. (2014). "Negative power coefficient on PHWRS with CARA fuel". Nuclear Engineering and Design. 270: 185–197. doi:10.1016/j.nucengdes.2013.12.056. 
4. Waltham, Chris (Juni 2002). "An Early History of Heavy Water". Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia: 28. arXiv:physics/0206076 . Bibcode:2002physics...6076W. 
5. "India's Nuclear Weapons Program: Smiling Buddha: 1974". Diakses tanggal 23 Juni 2017. 
6. "Nuclear Power in Argentina | Argentinian Nuclear Energy - World Nuclear Association". www.world-nuclear.org. Diakses tanggal 4 August 2019. 
7. "Atucha 3 contract signed". Diakses tanggal 20 August 2015. 
8. Yulia Kosarenko. "NASA fact sheet". Diarsipkan dari versi asli tanggal 8 Juli 2007. Diakses tanggal 20 August 2015. 
9. "BNamericas - The Embalse Nuclear Power Plant returns to s..." BNamericas.com. 
10. "Government Approves 10 Sites for New Nuclear Power Projects". The New Indian Express. 
11. Indian Nuclear Power Program Diarsipkan 1 Juli 2012 di Wayback Machine.
12. "Annual Report 2018-19 DAE" (PDF). Department of Atomic Energy. Diakses tanggal 13 Februari 2020. 
13. (PDF) https://aris.iaea.org/PDF/IPHWR-220.pdf.  Tidak memiliki atau tanpa |title= (bantuan)
14. (PDF) https://aris.iaea.org/PDF/IPHWR-700.pdf.  Tidak memiliki atau tanpa |title= (bantuan)
15. "Rajya Sabha unstarred question No. 466" (PDF). Department of Atomic Energy. Diakses tanggal 20 Maret 2021. 

• Economics of Nuclear Power from Heavy Water Reactors Diarsipkan 2009-02-25 di Wayback Machine.
• Nuclear Power Program – Stage1 – Pressurised Heavy Water Reactor
• IAEA - Technical Reports Series No. 407