Są to reaktory wodne wrzące BWR (Boiling Water Reactor). W reaktorach tego typu woda pełni rolę moderatora i czynnika roboczego. Charakterystyczną cechą reaktorów BWR jest posiadanie jednego obiegu w cyklu termodynamicznym, zwanym często obiegiem bezpośrednim. W porównaniu do reaktora wodno ciśnieniowego PWR cały układ elektrowni ulega znacznemu uproszczeniu: wytwornica pary nie jest konieczna z uwagi na wspomniany powyżej jeden obieg, tak samo jak stabilizator ciśnienia a jego zbędność w tym reaktorze spowodowana jest pożądaną obecnością pary wodnej jako ściśliwego medium o dużej objętości. Zbyteczne są również pompy cyrkulacyjne o dużych wydatkach gdyż układ pracuje o ciśnieniach o połowę niższych niż chłodziwo w reaktorze PWR. W rezultacie, ściany całego zbiornika mogą być znacznie cieńsze a produkcja samego zbiornika jest łatwiejsza co ma wpływ na jego koszt. Moc z rdzenia odbierana jest znacznie bardziej efektywnie, gdyż doprowadza się do wrzenia wodę chłodzącą. Obieg chłodziwa wewnątrz reaktora zrealizowany jest najczęściej za pomocą dwóch pomp recyrkulacyjnych i kilkunastu strumieniowych umieszczonych na obwodzie rdzenia. Pozwala to na zmniejszenie ilości przepompowywanej wody przez rdzeń, zmniejszając tym samym potrzeby zużycia energii elektrycznej elektrowni na potrzeby własne. Woda przepływająca przez rdzeń tylko częściowo odparowuje. Mieszanina parowo – wodna opuszczając górę rdzenia, przechodzi przez dwa szczeble separatora wilgoci (separator pary i osuszacz pary), gdzie jest pozbawiana cząsteczek wody zanim trafi do części obiegu w którym para kierowana jest do turbiny. Na wyjściu ze zbiornika uzyskuje się parę nasyconą o stosunkowo niskich parametrach, tj. temperaturze ok. 280 oC, ciśnieniu ok. 7 MPa i wilgotności ok. 0,3 %. Znaczącym minusem reaktora tego typu jest fakt posiadania właśnie obiegu bezpośredniego – wpływa to na skażenie wszystkich urządzeń biorących udział w cyrkulacji czynnika roboczego, utrudnia to ich eksploatację i remonty. W reaktorze BWR przez rdzeń przepływa mniej wody niż w reaktorze PWR o takiej samej mocy cieplnej z uwagi na wyżej wspomniane utajone ciepło parowania. Przekrój reaktora BWR pokazano na rysunku. Zbiorniki tych reaktorów są z reguły większe niż reaktorów PWR tych samych mocy czego przyczyną jest mniejsza gęstość mocy w rdzeniu . Mniejsza gęstość mocy powoduje, że trzeba zastosować więcej paliwa jądrowego niż w przypadku reaktora PWR, jednak może ono przebywać w reaktorze dłużej, osiągając porównywalny stopień wypalenia z paliwem z reaktora PWR. Czas przeładunku też jest zwykle krótszy, co ma wpływ na czas obniżenia mocy dyspozycyjnej w systemie elektroenergetycznym spowodowanej odłączeniem elektrowni jądrowej z reaktorem tego typu od sieci.

Moc reaktora BWR można regulować zarówno poprzez pręty regulacyjne, jak i za pomocą pomp cyrkulacyjnych, zmieniając wydatek wody w zależności od zmian występujących w systemie elektroenergetycznym. Analogicznie jak w reaktorach PWR uzyskiwana jest duża powierzchnia wymiany ciepła, rzędu 6000 m2, dzięki dużej ilości prętów paliwowych o niewielkiej średnicy i dużej długości. Rdzeń reaktora stanowi od 500 do 800 zespołów paliwowych, z których każdy zawiera 90-100 elementów paliwowych, co daje ok. 140 t paliwa jądrowego. Zespoły paliwowe są umieszczone inaczej niż w reaktorze PWR, umieszczone w kasetach otwartych od dołu do góry oraz ładowane są w ten sam sposób jak pręty regulacyjne, czyli od dołu. Jest to konieczne ze względu na zmienny rozkład generowanego ciepła wzdłuż osi pionowej rdzenia, spowodowany zmianą gęstości wrzącej wody. Zadaniem kaset paliwowych jest kierowanie strumienia wody wzdłuż zespołu paliwowego.

Reaktory te charakteryzuje również szczelna obudowa bezpieczeństwa, która została tak zaprojektowana, aby wytrzymać awarię rozerwania rurociągu chłodziwa lub parowego. Systemy bezpieczeństwa w razie awarii wtryskują wodę aby chłodzić pręty paliwowe i odbierać z nich ciepło. Ciśnienie w obudowie jest zmniejszane poprzez skraplanie pary wodnej. Zastosowano również dodatkowy system chłodzący w postaci komór natryskowych otaczających zbiornik reaktora. Podobnie jak w przypadku reaktorów PWR, reaktory BWR posiadają ujemny współczynnik reaktywności.

Eksploatowanych reaktorów tego typu na świecie jest 92, kolejne 4 są w budowie. Jest to drugi najpopularniejszy typ reaktorów wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej. Na jego podstawie budowane są reaktory III i III+ generacji takie jak np. ABWR (Advanced Boiling Water Reactor) – Zaawansowany Wodny Reaktor Wrzący ESBWR (Economic Simplified Boling Water Reactor) – Uproszczony Ekonomiczny Wodny Reaktor Wrzący.

Źródło: M. Zarzycki “Jądrowe reaktory energetyczne - budowa, zasada działania, eksploatacja”, Fundacja FORUM ATOMOWE

Artykuł z serii przygotowanej przez Fundację po trzęsieniu ziemi w Japonii w marcu 2011 roku – wszystkie artykuły i odnośniki.