PWR vs BWR: differenza e confronto

Punti chiave

1. Tipo di reattore: PWR (Pressurized Water Reactor) e BWR (Boiling Water Reactor) sono due tipi di reattori nucleari ad acqua leggera, entrambi utilizzano l'acqua sia come refrigerante che come moderatore di neutroni, ma con metodi operativi diversi.
2. Processo di raffreddamento e moderazione: In un PWR, l'acqua nel nocciolo del reattore viene mantenuta sotto pressione per impedirne l'ebollizione e il calore generato viene trasferito a un circuito secondario per produrre vapore. In un BWR, l'acqua nel nocciolo del reattore viene fatta bollire e il vapore generato viene utilizzato direttamente per azionare la turbina.
3. Complessità ed efficienza: I PWR sono considerati più complessi a causa della necessità di due circuiti idraulici separati, ma beneficiano di un'efficienza termica leggermente superiore e della sicurezza aggiuntiva fornita dalla separazione del circuito primario radioattivo dalla turbina. I BWR hanno un design più semplice con un solo circuito, ma ciò significa anche che il vapore che passa attraverso la turbina è radioattivo, richiedendo misure di sicurezza aggiuntive.

Cos'è il PWR?

Il reattore ad acqua pressurizzata, comunemente noto come PWR, è un tipo di reattore nucleare importante e ampiamente utilizzato per la generazione di elettricità. I PWR utilizzano barre di combustibile di uranio arricchito per sostenere reazioni di fissione nucleare controllate. Il nocciolo del reattore è immerso in acqua ad alta pressione, che funge sia da refrigerante che da moderatore.

Quando si verificano le reazioni nucleari, rilasciano una quantità significativa di calore, provocando il riscaldamento dell’acqua e la trasformazione in vapore ad alta pressione. Questo vapore viene quindi diretto a un sistema di turbine separato, dove aziona turbine collegate a generatori di elettricità. 

Il design del PWR include molteplici caratteristiche di sicurezza, come aste di controllo e sistemi di raffreddamento di emergenza, per garantire un funzionamento stabile e sicuro. Grazie alla sua comprovata esperienza in termini di sicurezza, efficienza e potenza in uscita, la tecnologia PWR rimane un attore cruciale nel panorama energetico globale, fornendo una parte sostanziale di elettricità a innumerevoli comunità in tutto il mondo.

Cos'è BWR?

BWR sta per “Reattore ad acqua bollente”. È un altro tipo di reattore nucleare utilizzato per generare elettricità attraverso reazioni di fissione nucleare. I BWR sono distinti dai reattori ad acqua pressurizzata (PWR) nella loro progettazione e funzionamento.

In un reattore ad acqua bollente (BWR), il combustibile di uranio arricchito viene inserito nel nocciolo del reattore. Il nucleo è immerso nell'acqua, che funge sia da refrigerante che da moderatore. L'acqua refrigerante può bollire direttamente all'interno del nocciolo del reattore a causa del calore generato dalla fissione nucleare.

Il vapore prodotto dall'acqua bollente sale verso la parte superiore del recipiente del reattore, dove viene raccolto e convogliato verso un sistema a turbina.

Differenza tra PWR e BWR

1. In un reattore ad acqua pressurizzata, il refrigerante e il moderatore sono separati. Come refrigerante viene utilizzata l'acqua, che circola attraverso il nocciolo del reattore e trasferisce il calore a un generatore di vapore. Il generatore di vapore, a sua volta, riscalda un circuito d'acqua separato per produrre vapore per l'azionamento delle turbine e la generazione di elettricità. In un reattore ad acqua bollente, il refrigerante e il moderatore sono la stessa sostanza: l'acqua. L'acqua nel nocciolo del reattore bolle direttamente a causa del calore generato dalla fissione nucleare. Il vapore risultante sale al sistema a turbina senza la necessità di un generatore di vapore separato.
2. I PWR funzionano ad alta pressione per mantenere l'acqua di raffreddamento allo stato liquido, anche a temperature elevate. Questa condizione pressurizzata viene mantenuta per impedire l'ebollizione del refrigerante all'interno del nocciolo del reattore. I BWR funzionano a pressione inferiore rispetto ai PWR poiché l'acqua di raffreddamento può bollire direttamente nel nocciolo del reattore. Questa pressione inferiore semplifica la progettazione e il funzionamento del reattore.
3. In un PWR, l'acqua a diretto contatto con il nocciolo del reattore rimane liquida e solo il vapore viene diretto al sistema della turbina. Il vapore è di alta qualità (vapore secco) con un contenuto minimo di umidità, contribuendo a una maggiore efficienza della turbina. In un BWR, il vapore prodotto dall'acqua bollente è di qualità inferiore (vapore umido) poiché contiene umidità. La presenza di umidità può ridurre l'efficienza del sistema turbina.
4. I PWR hanno un design più complesso con l'inclusione di un generatore di vapore, che richiede componenti e sistemi aggiuntivi per funzionare. I BWR hanno una progettazione relativamente più semplice poiché eliminano la necessità di un generatore di vapore separato, risultando in un layout più semplice.
5. In un PWR, l'acqua a diretto contatto con il combustibile nucleare rimane separata dall'acqua utilizzata nel sistema a turbina, riducendo il rischio che gli isotopi radioattivi raggiungano le turbine. In un BWR, poiché l'acqua bolle direttamente nel nocciolo del reattore, alcuni isotopi radioattivi possono essere presenti nel vapore che aziona le turbine. Sono in atto misure di sicurezza adeguate per mitigare eventuali rischi.

Confronto tra PWR e BWR

Parametri di confronto	PWR	bwr
Configurazione del carburante	Assemblaggi di combustibile di uranio arricchito	Assemblaggi di combustibile di uranio arricchito
Moderazione dei neutroni	Utilizza Moderatore per rallentare i neutroni	Utilizza l'acqua come moderatore
Qualità del vapore	Vapore secco	Vapore umido
Funzionamento dell'asta di controllo	Assorbe i neutroni per controllare la reattività	Assorbe i neutroni per controllare la reattività
Pressione centrale	Alta pressione all'interno del nocciolo del reattore	Bassa pressione all'interno del nocciolo del reattore

Riferimenti

1. https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-003-0092-2
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900216307707

Ultimo aggiornamento: 23 agosto 2023