Ydinvoimalan toiminta

Ydinvoimalaitos muistuttaa monilta osin tavallista, hiiltä polttavaa ja sähköä tuottavaa voimalaitosta. Molemmissa vettä höyrystetään, ja kuuma höyry pyörittää turbiineja, joihin kytketty sähkögeneraattori tuottaa sähkövirtaa verkkoon.



Höyryn sisältämää lämpöä ei voida kokonaan muuttaa sähköksi, vaan osa lämmöstä jää yli, ja se siirretään pois voimalaitokselta. Sama vesi kiertää voimalaitoksessa koko sen käytön ajan, välillä höyrymäisessä muodossa ja välillä nesteenä.

Hiilivoimalasta ydinvoimalan erottaa lämmönlähde; palamisreaktion sijaan vettä kiehuttava lämpö saadaan aikaan atomitason halkeamisreaktioissa eli fissioissa. Fissiossa polttoaineatomi halkeaa kahteen osaan, ja samalla vapautuu suuri määrä lämpöä. Fissiot toimivat ketjureaktiossa siten, että yksi atomin halkeaminen aiheuttaa keskimäärin yhden uuden atomin halkeamisen. Näin lämpötehoa saadaan tuotettua tasaisesti.

Jäähdytysvesi

Koska kaikkea höyryn sisältämää lämpöä ei voida käyttää hyödyksi lämmöntuotannossa, on osa sen lämmöstä siirrettävä pois voimalaitokselta. Suomessa lämpö siirretään jäähdytysveden avulla mereen.

Jäähdytysvesi pumpataan merestä ja palautetaan sinne noin 10 astetta lämpimämpänä. Jäähdytysvesi ei ole kosketuksissa reaktorissa kuumenneen veden kanssa, vaan kulkee omissa putkissaan. Se ei missään vaiheessa ole kosketuksissa mihinkään radioaktiiviseen.

Eri reaktorityyppejä

Valtaosa maailman ydinreaktoreista on kevytvesireaktoreita, eli reaktoreiden läpi kulkee tavallista vettä, joka jäähdyttää polttoainetta ja pitää yllä ketjureaktiota. Muissa reaktorityypeissä reaktoria voidaan esimerkiksi jäähdyttää heliumkaasulla tai ketjureaktiota voidaan hallita grafiitilla.

Kevytvesireaktorit voidaan edelleen jakaa paine- ja kiehutusvesireaktoreihin. Ne ovat yhtä yleisiä, ja Suomessa molempia on tällä hetkellä käytössä kaksi kappaletta. Paine- ja kiehutusvesireaktoreilla ei ole turvallisuuden kannalta olennaisia eroja.

Kiehutusvesireaktorissa vesi kiehuu nimensä mukaisesti suoraan reaktorissa polttoaineen ympärillä. Syntyvä höyry virtaa suoraan turbiinilaitokselle, ja sieltä turbiinien ja jäähdytyksen jälkeen takaisin reaktoriin keitettäväksi.

Painevesireaktorissa reaktorin läpi kulkeva vesi on hyvin korkeassa paineessa, minkä takia se ei kiehu edes yli 300-asteisena. Lämpö siirretään reaktorin läpi kulkevasta vedestä toiseen piiriin höyrystimissä, jotka ovat suuria lämmönvaihtimia. Toisen piirin vesi on alemmassa paineessa, ja se kiehuu ja pyörittää turbiineja.