Voimalaitoksen komponentit, höyrykierto ja hyötysuhde; polttoaineen käytön suunnittelu ja optimointi Seppo Sipilä PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 1
Ydinreaktorin peruskomponentit Sydän: termisissä reaktoreissa polttoaine, moderaattori ja jäähdyte (nopeissa hyötöreaktoreissa ei moderaattoria). Moderaattori: huonosti neutroneja absorboivaa kevyttä materiaalia. Esim. vesi. Vaippa (hyötöreaktoreissa): fertiiliä materiaalia. Heijastin: moderoivaa materiaalia, (esim. vesi). Heijastaa osan karkaavista neutroneista takaisin. Säätösauvat: voimakkaasti neutroneja absorboivaa materiaalia. Terminen suoja: gammasäteilyä absorboivaa materiaalia (terästä), suojaa paineastian seinämiä. Jäähdyte sisään Paineastia Paineastia: sisältää kaiken edellä mainitun. Biologinen suoja: suojaa henkilökuntaa säteilyltä Säätösauvat Heijastin Terminen suoja Jäähdyte ulos Vaippa Sydän tai ajuri Biol. suoja Suojarakennus Suojarakennus: estää säteilyn leviämisen ympäristöön onnettomuustilanteessa. PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 2
Painevesireaktorit Tavallisella vedellä moderoidut, heijastetut ja jäähdytetyt kevytvesireaktorit (Light Water Reactor, LWR) ovat yleisin tehoreaktorityyppi maailmassa, ja niitä on lukuisia alatyyppejä. Kaikkein yleisin on painevesireaktori eli PWR (Pressurized Water Reactor). Yksi vanhimmista tyypeistä, standardi ydinkäyttöisissä aluksissa. jäähdytysveden olomuoto ei muutu, lämmönsiirto lähinnä konvektiolla jäähdytteen lämpötila noin 290 330 C tyypillinen käyttöpaine 140 160 bar sähkötoiminen säätösauvakoneisto paineastian yläpuolella 290 C 325 C PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 3
PWR:n primääripiiri PWR-sydämen jäähdytyskiertopiiri = primääripiiri primääripiirissä useita looppeja (kuten kaikissa paineastiallisissa kevytvesireaktoreissa); jokaisella loopilla on oma pääkiertopumppu paineistin tasaa primääripiirin paineenvaihteluita (1 kpl) höyryntuotto tapahtuu sekundääripiirissä, lämmönvaihto tapahtuu höyrystimissä (jokaisessa pääkiertoloopissa omansa) höyrystimet useimmiten pystyasentoisia, VVER-reaktoreissa (esim. Loviisa) vaakasuorassa paineistin pääkiertopumppu paineastia höyrylinja turbiinille höyrystin syöttövesilinja lauhduttimelta PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 4
Painevesireaktorin höyrystin PWR:ssä höyry tuotetaan sekundääripiirissä, jonka paine on alhaisempi kuin primääripiirissä. Sekundääripiirin vesi kiehuu höyrystimessä, jossa syntyvä saturoitunut (märkä) höyry on kuivattava ennen turbiinille vientiä. ensimmäinen vaihe: höyry ohjataan pyörteiseen liikkeeseen, jossa nestepisarat linkoutuvat seinämille talteen kerättäviksi toisessa vaiheessa höyry pakotetaan nopeisiin suunnanmuutoksiin, jolloin nestepisarat törmäävät seinille. Kuivatun höyryn nestepitoisuus on vain ~0.25 massa-%. Myös suoraputkisia höyrystimiä on olemassa (esim. Babcock & Wilcox). Primääripiirin virtaus on ylhäältä alaspäin, jolloin sekundääripuolella ylöspäin matkaava höyry tulistuu matkan varrella eikä siihen jää kosteutta. VVER-reaktoreissa höyrystimet ovat vaaka-asennossa. höyrylinja turbiinille kosteudenerotin kosteudenerotus pyörreohjaimella ylärunko: höyryrumpu U-putkinippu alarunko: höyrystinosa Westinghousen U-putkihöyrystin syöttövesi sisään primäärijäähdyte ulos primäärijäähdyte sisään PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 5
PWR: paineistin ruiskutussuutin varoventtiili Suorassa yhteydessä yhteen pääkiertolooppiin säätää primääripiirin painetta kuumentamalla tai jäähdyttämällä sisällään olevaa vettä höyrykupla paineistimen yläosassa suojaa primääripiiriä painepiikeiltä ylipainesuojana paineistimessa on varoventtiili ja ulospuhallusventtiili: höyryä voidaan tarvittaessa laskea suojarakennuksessa olevaan keräystankkiin painetta alennetaan ruiskuttamalla yläpäässä olevasta suuttimesta viileämpää vettä höyrykuplaan: höyryn tiivistyminen alentaa painetta kuumennusvastukset ulospuhallusventtiili vastusten tukilevyt nostotappi vedenpinnan nimellistaso Westinghousen PWR:n paineistin painetta nostetaan kuumentamalla vettä sähkövastuksilla paineistimen alaosassa: kiehunta nostaa painetta ja kasvattaa höyrykuplaa. vesiyhde PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 6
Ydinvoimala painevesireaktorilla Höyryntuottojärjestelmää (NSSS) lukuunottamatta konventionaalista tekniikkaa. suojarakennus reaktoriastia paineistin säätösauvat höyrystin generaattori turbiini lauhdutin primääripiiri sekundääripiiri merivesipiiri PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 7
Kiehutusreaktori BWR (Boiling Water Reactor): Toinen päätyyppi: höyryntuotto suoraan reaktorissa, ei sekundääripiiriä pääkiertopumput kierrättävät nestettä sydämen sisällä höyry kuivataan astian yläosassa ja viedään turbiinille jäähdytteen massavirta pienempi kuin PWR:llä, koska höyrystyminen sitoo paljon lämpöä korkeapainehydrauliikalla toimivat säätösauvat astian alaosassa tyypillinen käyttöpaine 70 bar ja höyryn lämpötila 290 C PWR:ää kookkaampi suhteessa tehoon (pienempi tehotiheys) PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 8
Ydinvoimala kiehutusreaktorilla suojarakennus reaktoriastia generaattori turbiini säätösauvat lauhdutin merivesipiiri PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 9
Voimalan höyrykierto Vapautuva fissioenergia käytetään kaikissa ydinvoimaloissa höyryn tuottamiseen: BWR:ssä suoraan reaktorissa PWR:ssä höyrystimessä, jossa lämpö siirtyy primääripiiristä sekundääripiiriin. Tässä yhteydessä puhutaan ydinreaktorin höyryntuottojärjestelmästä (nuclear steam supply system, NSSS), joka hoitaa saman tehtävän kuin kattila hiilivoimalassa. Tuotetulla ja kuivatulla höyryllä ajetaan höyryturbiineja, jotka puolestaan pyörittävät generaattoreita sähkön tuottamiseksi. Turbiineille toimitettavassa kuivatussa höyryssä ei juuri ole seassa nestettä. Turbiinin läpi kulkevan höyryn lämpötila kuitenkin laskee, jolloin osa höyrystä tiivistyy nesteeksi korroosiota turbiinin siivissä; nesteen inertia myös heikentää turbiinin hyötysuhdetta. Kiehumisessa syntyvä saturoitunut höyry ei siksi ole optimaalista. Sen sijaan voidaan käyttää tulistettua höyryä, jonka lämpötila nostetaan kiehumispistettä selvästi korkeammaksi esim. höyrystimessä tai itse reaktorissa ei tiivistymisongelmia turbiinissa. PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 10
Voimalan höyrykierto: kaksi turbiinivaihetta Toinen tapa tiivistymisen välttämiseen turbiinissa: poistetaan tiettyyn kosteuteen päässyt märkä höyry turbiinista kosteudenerottimessa kuumennetaan höyry uudelleen välitulistimessa käyttäen höyrystimeltä tai reaktorista saatavaa korkeampaa painetta ja kuumempaa höyryä ohjataan välitulistettu höyry matalapaineisemmalle turbiinille. Kosteudenerotus- ja uudelleenkuumennuslaitteistoja on yleensä yksi jokaista matalapaineturbiinia kohti. Samaa tekniikkaa käytetään muissakin voimalaitoksissa. Matalapaineturbiineilla käytetty höyry ohjataan lauhduttimeen, jossa sitä jäähdytetään ulkopuolelta saatavalla vedellä (esim. meri tai joki). Tällöin höyry tiivistyy taas nesteeksi. Tämä lämmön dumppaus on termodynaamisen syklin välttämätön osa periaatteessa lämpö voitaisiin hyödyntää esim. kaukolämpönä. Tiivistynyt vesi pumpataan puhdistuksen (demineralisointi) kautta syöttöpumpuilla takaisin syklin höyryntuottoprosessiin. Systeemin kokonaistehokkuus paranee, jos syöttövesi esilämmitetään (regeneration) turbiinin välivaiheesta otetulla höyryllä. PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 11
NSSS Voimalan höyrykierto kaavakuvana matalapaineturbiini korkeapaineturbiini sähkögeneraattori höyryä höyryntuottojärjestelmästä lauhdutin syöttövesipumppu kondensaattipumppu kosteudenerotus ja välitulistus syöttöveden esikuumennus demineralisointi syöttövettä höyryntuottojärjestelmään pumppu sisään ulos merivesi PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 12
Voimalaitoksen hyötysuhde Kokonaishyötysuhde määritellään sähkötehon W (MW e ) suhteena termiseen tehoon Q R (MW th ) eli eff = W / Q R. W on pienempi kuin Q R tekijällä, joka on summa kaikista lämpöhäviöistä eri puolilla systeemiä lämmönvaihtimissa, pumpuissa, turbiineissa, putkilinjoissa, generaattorilla ja lauhduttimessa. Lauhduttimeen dumpattava lämpöteho Q C on näistä selvästi suurin, joten W Q R Q C eli eff 1 Q C / Q R. Mitä pienempi lauhduttimeen dumpattava lämpöteho on, sen parempi on kokonaishyötysuhde. Käytännössä höyrysyklin hyötysuhde riippuu monista seikoista, mm. turbiinille tulevan höyryn lämpötilasta (korkeampi = parempi) ja lauhduttimen merivesipiirin lämpötilasta (alhaisempi = parempi). Jälkimmäiseen ei juuri voida vaikuttaa, joten turbiinille menevän höyryn lämpötila on tarpeen maksimoida. PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 13
Voimalaitoksen hyötysuhde: vertailu Fossiilista polttoainetta käyttävä voimala: sähkön hinta määräytyy lähinnä polttoaineen hinnasta, koska sitä kuluu paljon. Hyvä hyötysuhde siis kannattaa pyritään tuottamaan niin kuumaa höyryä kuin mahdollista, ja turbiineja ajetaan usein lähellä metallurgisten ominaisuuksien sallimaa maksimilämpötilaa. Ydinvoimala: pääomakulut ovat hallitseva tekijä sähkön hinnassa, joten laitoksen hyötysuhde ei ole yhtä oleellinen kuin fossiilisilla polttoaineilla (onneksi: tuotettava höyry ei ole yhtä kuumaa kuin fossiilipolttoainelaitoksilla, koska ydinpolttoaineen sallittu maksimilämpötila on tyypillisesti paljon alhaisempi kuin esim. hiilenpolttokattilan palotilan.) Seuraus: ydinvoimalat dumppaavat ympäristöön enemmän lämpöä kuin sähköteholtaan vastaavankokoiset fossiilipolttoainelaitokset. Esim. 33% hyötysuhteella toimiva ydinvoimala dumppaa ympäristöön 25% enemmän lämpöä kuin 38% hyötysuhteella toimiva fossiilipolttoainevoimala. Lämmön dumppaus esim. liian pieneen jokeen tai lahteen voi aiheuttaa ympäristöongelmia terminen saaste (vähenee käyttämällä jäähdytystorneja). Ilmiö on polttoaineesta riippumaton, mutta merkittävin ydinvoimaloilla. PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 14
Voimalan tehokkuusluvut Hyötysuhde (efficiency): sähköteho / terminen teho Käytettävyys (availability): se osuus ajasta, jonka voimala on toiminnassa ja tuottaa sähköä. Suomalaisilla ydinvoimaloilla maailman huippuluokkaa, yli 90%. Kapasiteettikerroin (capacity factor): tuotetun sähkötehon osuus siitä sähkötehosta, joka voitaisiin tuottaa jos voimala kävisi täydellä teholla kaiken aikaa ( käytettävyys). Huom! Käytettävyys ja kapasiteettikerroin eivät ole sama asia. Esim. vaikka tuulivoimalan käytettävyys olisi kuinka hyvä, jää kapasiteettikerroin pieneksi, jos tuulta on vähän. Laitos on käytettävissä, mutta tuottaa energiaa vain murto-osan kapasiteetistaan. Loviisa NPP on käytettävyydeltään ja kapasiteettikertoimeltaan maailman parhaita. PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 15
Ydinkaukolämpö Ydinvoimalan hukkalämpöä voidaan hyödyntää kaukolämpönä, jolloin kokonaishyötysuhde paranee merkittävästi. Suuressa mittakaavassa tämä edellyttää tinkimistä sähköntuotannosta, jotta höyryssä olisi turbiinin jälkeen riittävästi energiaa. Venäjällä ja Ukrainassa useita ~150-250 MW th kaukolämpöä ja/tai teollisuuden prosessilämpöä tuottavia laitoksia (esim. Leningrad 1-4, 4 925 MW e + max. 170 MW th ). Kanadassa Bruce 3 8 (yht. 3900 MW e ) tuottavat max. 80 MW th kauko- ja prosessilämpöä EU:n alueella eniten kaukolämpöä tuottava laitos on Bohunice 3 & 4 Slovakiassa: 2 410 MW e (VVER-440) + max. 240 MW th (vrt. Loviisa 1 & 2 VVER-440, 2 490 MW e ). merkittävä laitos myös Sveitsissä (Beznau 1 & 2, 2 360 MW e + 80 MW th ) lisäksi lämmöntuotannoltaan vähäisempiä laitoksia on Unkarissa ja Bulgariassa. Bohunice PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 16
Reaktorisydämen elinkaari Yksi reaktorien suunnittelun tärkeimmistä ja vaativimmista osa-alueista on reaktorisydämen ominaisuuksien ennustaminen koko eliniän yli. tunnettava turvallisen toiminnan takaamiseksi lupamenettelyssä erilaisille ominaisuuksille määrätyt turvarajat eivät saa ylittyä missään olosuhteissa Reaktorisydämen ominaisuuksien muuttuminen määrää ajanjakson, jonka reaktori pysyy kriittisenä ja tuottaa halutun määrän tehoa. Tämä on tärkeä käytännön suunnittelunäkökohta. liian tiheä polttoaineen vaihtotarve epätaloudellinen reaktori, paljon käyttökatkoja liian pitkä polttoaineen vaihtoväli polttoaine-elementtien säteilyvauriot esteenä PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 17
Palama- eli elinikälaskelmat: lähtökohta Oletetaan terminen reaktori, jonka sydän koostuu tasaisesti jakautuneista identtisistä polttoaine-elementeistä. Polttoaine on lievästi väkevöityä uraanidioksidia UO 2. Yksinkertaisuuden vuoksi oletetaan pelkkä kemiallinen säätö ilman säätösauvoja. Lähtötilanteessa reaktorissa on (välttämättä) enemmän fissiiliä materiaalia kuin kriittisyyteen vaaditaan, ja reaktiivisuusylijäämä pidetään kurissa kemiallisella säädöllä. 1) Alkajaisiksi reaktori saatetaan puhtaasta, kylmästä tilasta (clean, cold) eli fissiotuotemyrkyttömästä huoneenlämpötilasta kriittiseksi. Useimmiten painevesireaktoreilla lämpötilaa nostetaan normaaliin toimintalämpötilaan useiden tuntien aikana jäähdytettä pumppaamalla (kitkalämpö) reaktorin pysyessä pienellä teholla kriittisenä. 2) Jäähdytteen lämpötilan noustessa reaktiivisuus pienenee (a T < 0). Tätä nimitetään reaktorin lämpötiladefektiksi (temperature defect). Sen kompensoimiseksi eli reaktorin pitämiseksi kriittisenä täytyy kemiallista säätöä laimentaa. Myös tasapainotilan Xe-135 -konsentraation muodostuminen vaatii kemiallisen säädön laimentamista. PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 18
Neutronivuo Palama- eli elinikälaskelmat: taustaa 3) Kun reaktori sitten toimii halutulla vakioteholla, neutronivuo asettuu kuvaajan kaltaiseen muotoon. Vuo on suurimmillaan reaktorin keskellä. Tämän seurauksena polttoainetta kuluu, fertiiliä materiaalia konvertoituu ja fissiotuotemyrkkyjä syntyy reaktorin keskiosassa nopeammin kuin muualla. Tällöin vuo reaktorin keskellä painuu suhteessa reuna-alueisiin. nopea vuo Ajan kuluessa reaktorisydämen ominaisuudet siis muuttuvat paikallisesti epätasaisiksi, ja niiden mallintaminen vaatii numeeristen menetelmien käyttöä. Käytännön palamalaskuissa sydämen elinikä jaetaan aikaväleihin Dt. Moniryhmädiffuusioyhtälöt ratkaistaan hetkellä t 0 = 0 eli sydämen eliniän alussa (BOL). Vuon oletetaan vuon pysyvän vakiona hetkeen t 1 = t 0 + Dt, ja sitä käytetään polttoaineen, myrkkyjen ja konvertoituneen materiaalin konsentraatioiden laskentaan, jne. sydän Etäisyys reaktorin keskeltä heijastin terminen vuo PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 19
Palamalaskut: polttoaine ja konversio Jos oletetaan, että kaikki 235 U-polttoaine kuluu termisen neutroniabsorption kautta, sen atomitiheyden muutos pisteessä r hetkellä t on dn ( r,t) 25 N25( r,t) σ ( t a25φt r, ). Koska vuota käsitellään vakiona dt aikavälillä t 0 t 1, Φ r,t ) Φ ( r,t ) ja ratkaisu on N r,t ) N ( r,t )exp( Φ ( r,t ) Δ Konvertoitua plutoniumia muodostuu 238 238 239 239 239 U:sta: U(n, γ) U Np Pu. (myös jonkin verran 241 Pu:ta saattaa muodostua 239 Pu:n absorboidessa kaksi neutronia; jätetään tämä huomiotta). (huom! alaindeksi 25 : 2 järjestysluvusta 92, 5 massaluvusta 235) T ( T 0 25( 1 25 0 a25 T 0 t 238 U absorboi neutroneja resonansseissa ja termisillä energioilla. Resonansseihin absorboituvia on (1 p ) hidastumistiheys εpf [ ν25n25( r,t) σf 25 ν49n49( r,t) σf 49] ΦT ( r, t). Näin saadaan 239 dn49( r,t) Pu:lle N28( r,t) a28φt ( r,t) Pu-tuotto U-238:n termisistä absorptioista dt (1 p) εp ν N ( r,t) ν N ( r,t) Φ ( r,t) N 49 F ( r,t) a49 25 Φ T 25 ( r,t) f 25 β 49 49 β f 49 Pu-häviöt Pu:n termisistä absorptioista T ). Pu-tuotto U-238:n resonanssiabsorptioista PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 20
Boorikonsentraatio (ppm) Palamalaskut: konversio, myrkyt Olettamalla 235 U- ja 238 U-konsentraatiot vakioksi suhteessa 239 Pu:n muodostumiseen saadaan plutoniumin N28σa28 (1 p) εpfν 25N25( r,t0) σf 25 konsentraatioksi N49( r,t1) σ (1 p) εp ν σ ajanhetkellä t a49 F 49 f 49 1 1 exp σ (1 p) εp ν σ Φ ( r,t ) Δt. Fissiotuotemyrkkyjen konsentraatiot voidaan laskea suoraviivaisesti ainakin tasapainotilaan saturoituville ja pysyville myrkyille. Esim. Xe-konsentraatio saadaan ratkaisemalla jodin ja ksenonin konsentraatioiden tasapainoyhtälöt sijoituksella Φ (,t ) Φ (,t T r T r 0) (tosin muodostuvat yhtälöt ovat melko mutkikkaita). Pysyville myrkyille menetellään samoin. 235 U-konsentraatio oletetaan vakioksi suhteessa 239 Pu:n kertymiseen. Ei-saturoituvien nuklidien Lämpötiladefekti & Xe konsentraatiot joudutaan ratkomaan numeerisesti. Näin saadaan selville reaktorin kaikki ominaisuudet hetkellä t 1, ja moniryhmädiffuusioyhtälöt ratkaistaan uudelleen aika-askelittain. Jokaisella askeleella ratkaistaan myös boorikonsentraatio, jolla k = 1. a49 F 49 f 49 T 0 Aika (d) PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 21
Latauksen suunnittelun ja käytön optimointi Em. tavalla ratkaistaan reaktorin ominaisuudet alkuhetkeä lukuunottamatta paikkariippuvasti. Puhdas polttoaineeltaan tasaisesti jakautunut sydän ei kuitenkaan ole optimaalinen. Tarvitaan polttoaineen käytön suunnittelua (fuel management). Reaktorin turvallisen ja tehokkaan toiminnan kannalta on tärkeää, että tehotiheys sydämessä on niin tasainen kuin mahdollista. Polttoaineen jakaminen tasaisesti sydämeen aiheuttaa tehon piikittymisen reaktorin keskelle. Tehojakaumaa voidaan tasoittaa merkittävästi sijoittelemalla polttoaine epätasaisesti, ja samalla sydämen elinikä pitenee. Huomionarvoinen seikka on reaktorin paineastian neutronisäteilyvaurioiden minimointi reunimmaiset sauvat voivatkin olla pelkkää terästä. Tehojakaumaa tasoittaa myös monierälataus, jossa vain osa polttoaineesta vaihdetaan ja sauvoja siirretään sydämessä. Väkevöintiaste w/o 2.25 2.80 3.30 PWR:n latauskaavio. Polttoainehuoltojen yhteydessä elementtejä siirretään reunoilta keskemmälle. BWR-nippujen tehojakauman tasoittaminen väkevöinnillä: 1 = väkevin, 4 = köyhin (0 = vesi). Myös säätösauvat vaikuttavat tehojakaumaan. PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 22
Kemiallisen säädön boorikonsentraatio (ppm) Palavat myrkyt Puhtaan, kylmän reaktorisydämen hallitsemiseen ja ohjaamiseen tarvitaan paljon enemmän negatiivista reaktiivisuusreserviä kuin sydämen eliniän loppupuolella. Näiden hallittavuusvaatimusten lieventämiseksi on yleinen käytäntö sijoittaa sydämeen sopiviin paikkoihin palavaa myrkkyä (burnable poison). Tällaiset myrkyt ovat nuklideja, joiden suuri absorptiovaikutusala muuttuu absorption jälkeen pieneksi. Myrkyn palaman kasvusta aiheutuva positiivinen reaktiivisuus kompensoi osittain polttoaineen kasvavan palaman ja fissiomyrkkyjen kertymisen aiheuttamaa negatiivista reaktiivisuutta. Palavia myrkkyjä käyttämällä voidaan vähentää säätösauvojen lukumäärää, jolloin reaktorin hinta halpenee. Kemiallisesti säädetyissä vesireaktoreissa palavat myrkyt vähentävät säätöön vaadittavaa boorikonsentraatiota, mikä on turvallisuutta parantava seikka. Ilman palavaa myrkkyä Palavan myrkyn kanssa Aika käynnistyksen jälkeen PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 23
Reaktiivisuussaldo kevytvesireaktoreissa Palavina myrkkyinä käytetään monenlaisia aineita: booripitoiset aineet kuten Pyrex-lasi (12 paino-% B 2 O 3 ). kevytvesireaktoreissa käytetään usein myös gadoliniumin oksidia Gd 2 O 3 sekoitettuna uraanidioksidiin useissa sauvoissa per sauvanippu. Myrkyn sijoittelu polttoaineeseen voidaan optimoida sekä radiaalisesti että aksiaalisesti. Näin on mahdollista saavuttaa erittäin tasainen tehojakauma ja selvästi pidempi latausjakso. Tyypillisiä reaktiivisuussaldoja 3000 MW th kevytvesireaktoreille: Huom! PWR:ssä on enemmän ylijäämäreaktiivisuutta. Silti säätösauvojen määrä PWR:ssä on paljon pienempi kemiallisen säädön ansiosta. PWR BWR Ylijäämä-r (20 C) $45 $38 Ilman Xe/Sm k = 1.41 k = 1.33 Säätösauvat $11 $26 ~60 nippua ~140-185 sauvaa Palavat myrkyt $13 -$18 Kemiallinen säätö $26 - Yhteensä $5 $6 PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 24
Keskimäär. poistopalama MWd/kg Käytön tehostaminen: palaman nosto 60 50 40 30 IAEA Nuclear Technology Review (2007) PWR BWR PHWR RBMK AGR Magnox VVER AREVA EPR STUK 20 10 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet (2016) 25