Så fungerar en tryckvattenreaktor

En tryckvattenreaktor (PWR, från engelskans Pressurized Water Reactor) är den vanligaste typen av kärnreaktor för elproduktion i världen. Av de 417 kärnkraftsreaktorer som var i drift globalt vid utgången av 2024 var 308 tryckvattenreaktorer.

En tryckvattenreaktor använder vanligt vatten under högt tryck både som kylmedel och som moderator för att bromsa neutronerna. Det höga trycket hindrar vattnet från att koka. Värmen förs i stället över till en separat vattenkrets där ångan till turbinen bildas. Ringhals 3 och Ringhals 4 är de enda tryckvattenreaktorerna i drift i Sverige.

Grundläggande principer

Värmen i en tryckvattenreaktor kommer från kärnklyvning, där uranatomer i bränslet klyvs av neutroner och frigör stora mängder energi. Vid normal drift är trycket i reaktortanken cirka 15 megapascal, vilket motsvarar 150 gånger normalt lufttryck. En tryckhållare gör att vattnet inte kokar trots att temperaturen är runt 300 grader Celsius. Vattnet i primärkretsen cirkulerar genom reaktorhärden, tar upp värme och för den vidare till ånggeneratorerna utan att självt bli ånga.

Huvudkomponenter och funktion

Reaktorns tryckkärl

Reaktortanken är reaktorns tryckkärl och innehåller bränsleelementen. Varje bränsleelement består av bränslestavar med urandioxid där halten uran-235 har anrikats till mellan 3 och 5 procent. I reaktortanken finns också styrstavar som fångar upp neutroner. Reaktorns effekt regleras med styrstavarnas läge i härden och med grundämnet bor, som finns i reaktorvattnet.

Ånggeneratorerna

Det uppvärmda vattnet från reaktorhärden pumpas i primärkretsen till ånggeneratorerna. I ånggeneratorerna förs värmen över till vattnet i sekundärkretsen, som kokar och blir ånga. Primärkretsen och sekundärkretsen hålls åtskilda i ånggeneratorerna, så det är ångan från sekundärkretsen som driver turbinen.

Turbinen och generatorn

Ångan från ånggeneratorerna leds till turbinen, som är kopplad till en generator. När turbinen roterar alstrar generatorn el. Efter turbinen kyls ångan i kondensorn och pumpas tillbaka till ånggeneratorerna som vatten.

Kondensorn och kylsystemet

Kondensorn kyls med vatten utifrån. Vissa kärnkraftverk tar kylvattnet direkt från sjöar, floder eller havet. Andra kärnkraftverk har kyltorn. När ångan har kondenserat till vatten används vattnet på nytt i sekundärkretsen.

Säkerhetsfunktioner

Inneslutningen

En tryckvattenreaktor är omsluten av en reaktorinneslutning av spännkabelarmerad, metertjock betong med gastät plåt. Inneslutningen har en volym på drygt 50 000 kubikmeter och ska klara trycket som uppstår om till exempel en rörledning till reaktorn går sönder. De svenska kärnkraftverken har dessutom haverifilter som kan sänka trycket i inneslutningen och filtrera bort radioaktiva ämnen vid ett utsläpp.

Nödkylningen

Tryckvattenreaktorer har nödkylningssystem som ska föra bort resteffekten från bränslet om den vanliga kylningen av härden slutar fungera. Resteffekten är värmen som bränslet fortsätter att avge efter att reaktorn har stängts av. En vecka efter avstängningen har resteffekten minskat med 95 procent.

Redundans och diversifiering

Säkerheten i kärnkraftsreaktorer bygger på djupförsvarsprincipen. Djupförsvaret har flera nivåer som ska vara oberoende av varandra, så att brister i en nivå inte påverkar en annan. Viktiga säkerhetsfunktioner byggs med redundans, alltså flera likadana system som gör samma sak. Säkerhetsfunktionerna byggs också med diversifiering, det vill säga olika slags system som når samma mål.

Utsläpp och avfall

Växthusgasutsläppen från kärnkraft är låga under hela livscykeln. Varje år byts en tredjedel av bränslet i en tryckvattenreaktor, så varje bränsleelement sitter i reaktorn i tre år. Det använda kärnbränslet är högaktivt och måste hållas avskilt från människan och miljön i minst 100 000 år. I Sverige förvaras det använda bränslet i mellanlagret Clab i Oskarshamn i väntan på Kärnbränsleförvaret i Forsmark, som började byggas den 15 januari 2025.

Tryckvattenreaktorn Olkiluoto 3 i Finland

Olkiluoto 3 är en tryckvattenreaktor av typen EPR med en nettoeffekt på cirka 1 600 megawatt. Reaktorn började den reguljära elproduktionen i april 2023.

Källor

• Internationella atomenergiorganet: Kärnkraftsreaktorer i världen 2025
• Strålsäkerhetsmyndigheten: Kärnbränsle och bränslebyten
• Strålsäkerhetsmyndigheten: Kärnsäkerhet och djupförsvar i kärnkraftverk
• Vattenfall: Ringhals kärnkraftverk
• Teollisuuden Voima: Tryckvattenreaktorn Olkiluoto 3