Reaktory jądrowe można klasyfikować ze względu na rodzaj chłodziwa i moderatora (substancji ułatwiającej przeprowadzenie reakcji rozszczepienia) wykorzystywanych do wytwarzania ciepła.
Reaktory Lekkowodne
Jest to najbardziej rozpowszechniony ich typ, należy do niego około 85% działających na świecie reaktorów energetycznych. Do reaktorów lekkowodnych zaliczamy reaktory wodne ciśnieniowe (PWR oraz ich radziecko-rosyjski odpowiednik WWER) oraz reaktory wrzące (BWR). W obu przypadkach wykorzystuje się wzbogacony uran jako paliwo. Wykorzystywana przez nie woda lekka łączy w sobie funkcje moderatora i chłodziwa. Woda przepływa przez rdzeń reaktora czyli strefę w której umieszczone są zestawy paliwowe, gdzie odbiera ciepło wytwarzane w wyniku rozszczepienia paliwa jądrowego obecnego w prętach paliwowych. Odebrane cieplo przez chlodziwo w postaci pary kierowane jest do turbiny.
W reaktorze wodnym wrzącym (BWR) para wodna powstaje w górnej części zbiornika ciśnieniowego rekatora i bezpośrednio stamtąd trafia rurociągami do turbiny.
W reaktorze wodnym ciśnieniowym (PWR) ciśnienie wody w rdzeniu jest tak wysokie, że pomimo wysokiej temperatury woda nie wrze w jego wnętrzu. Para wodna powstaje dopiero w obiegu wtórnym, do którego ciepło jest przekazywane z obiegu pierwotnego poprzez specjalne wymienniki ciepła (wytwornice pary).
Reaktory wodne ciśnieniowe
W reaktorze wodnym ciśnieniowym rdzeń reaktora zawierający elementy paliwowe znajduje się w zbiorniku ciśnieniowym reaktora pod ciśnieniem około 15 MPa, takie samo ciśnienie panuje w pozostałej części obiegu pierwotnego. Powoduje to, że woda pomimo temperatury ok. 300°C nie wrze. Ciepło przekazywane jest do obiegu wtórnego specjalnymi wymiennikami ciepła zwanymi wytwornicami pary. Po stronie wtórnej tych wymienników ciepła panuje ciśnienie około 6 MPa – wystarczająco niskie, aby umożliwić odparowanie wody w temperaturze ok. 270°C. Przez obieg wtórny para kierowana jest do turbiny napędzającej generator. Para wodna wypływająca z turbiny po przekazaniu jej energii jest ponownie przekształcana w ciecz w skraplaczu. Następnie dzięki rurociągom i pompom wraca do wytwornicy pary skąd znowu odbiera ciepło i paruje. Mieszanina wodno-parowa w obiegu wtórnym jest fizycznie oddzielona od wody w obiegu pierwotnym wykorzystywanej jako chłodziwo reaktora.
Reaktory wodne wrzące
W reaktorze wodnym ciśnieniowym rdzeń reaktora zawierający elementy paliwowe znajduje się w zbiorniku ciśnieniowym reaktora pod ciśnieniem około 7 MPa. Po osiągnięciu temperatury około 280 °C woda zaczyna wrzeć bezpośrednio w zbiorniku reaktora., W jego górnej częsci jest mechanicznie oddzielana od wody i kierowana rurociągami do turbiny napędzającej generator elektryczny.
Para wypływająca z turbiny po przekazaniu jej energii jest ponownie przekształcana w wodę w skraplaczu po dostarczeniu dużej ilości energii do turbiny. Następnie dzięki rurociągom i pompom wraca do zbiornika ciśnieniowego reaktora, gdzie odbiera ponownie ciepło z paliwa.
Para wytwarzana w obiegu pierwotnym reaktora BWR jest lekko radioaktywna, ponieważ neutrony przekształcają zawarty w niej tlen w promieniotwórczy, którkożyciowy azot-18. Z tego powodu turbina jest oddzielona w czasie pracy reaktora łatwo rozmontowywalną ścianą od rejonów maszynowni, w których przebywają ludzie.
Bezpieczeńtwo elektrowni jądrowej: bariery bezpieczeństwa
Promieniotwórcze substancje powstające podczas pracy reaktora w wyniku rozszczepienia paliwa są oddzielone od otoczenia serią barier bezpieczeństwa. Są to:
1. struktura paliwa jądrowego – najczęściej są to ceramiczne pastylki wykonane z dwutlenku uranu, które jest w stanie zatrzymać w swojej strukturze większość produktów rozszczepienia,
2. koszulka elementu paliwowego – szczelna rurka wykonana najczęściej ze stopów cyrkonu, oddzielająca paliwo jądrowe od chłodziwa
3. zbiornik ciśnieniowy reaktora – grubościenny stalowy pojemnik odporny na wysokie ciśnienia i temperatury, który zabezpiecza rdzeń reaktora.
4. obudowa bezpieczeństwa – solidna stalowo-żelbetowa konstrukcja zebezpieczająca otoczenie przed promieniowaniem w sytuacji awaryjnej oraz chroniąca reaktor przed potencjalnym wpływem wypadków takich jak pożar, powódź czy upadek samolotu
