RBMK Rusçası “Reactor Bolshoi Moschnosti Kanalynyi” ve anlamı "büyük güç kaynayan reaktör" olan kelimenin baş harflerinden oluşturulan bir kısaltmadır. RBMK kaynar su ile soğutulan, grafit nötron yavaşlatıcısı kullanan, eski Sovyetler Birliğine has kanal tipi bir reaktör türüdür. Sadece eski Sovyetler Birliği topraklarında kurulmuştur. RBMK’ların işletme sıcaklıkları, basınç değerleri ve güç yoğunlukları, batı türü kaynar su reaktörlerinin değerlerine çok yakın bulunmaktadır.

Bugüne kadar toplam 17 adet inşa edilmiştir. Bunlar arasında 12 tanesi halen işletme halinde bulunmaktadır. İşletme halinde kalanlar arasında 11 tanesi Rus Federasyonunda, 1 tanesi de Lituanya’da bulunmaktadır.

Ukrayna’da bulunan Çernobil reaktörünün 4 ünitesi kapatılmış durumdadır. Lituanya’da da bir adet kapatılmış RBMK ünitesi bulunmaktadır. Dünyadaki bütün RBMK’ların elektrik gücü 1000 MW iken (RBMK-1000), sadece Lituanya’da kurulan Ignalina santralındaki iki ünitenin elektrik çıkış gücü 1500 MW’dır (RBMK-1500).

Aslında, RBMK’lar Sovyetler Birliği’nin nükleer silah programına plütonyum üretmek için kurduğu uranyum-grafit reaktörlerinin ticarileştirilmesi ve evrim geçirmesi ile ortaya çıkmıştır. Bu tip grafitli-uranyum reaktörlerinin ilki Sovyetler Birliğinde 1948 yılında hizmete alınmıştır. Yaklaşık altı yıl sonra, 1954’de 5 MW elektrik kapasiteli Obninsk’de devreye alınarak, bu tür reaktörlerden elektrik üretilebileceği görülmüştür. Bu ilk reaktörlere RBMK’ların prototipleri gözü ile bakmak mümkündür. Küçük çaplı reaktörlerde elde edilen başarıların ardından doğrudan büyük güçlü reaktörlerin geliştirilmesine geçilmiştir. Genellikle RBMK’ların üç nesil olarak geliştirildiği kabul edilmektedir.

Daha ilk nesil RMBK’larda güç seviyesi 1000 MWe seviyelerindedir ve 1970’lerin ilk yıllarında ve ortalarında işletmeye alınmıştır. İlk nesil RBMK’lardan toplam 6 ünite inşa edilmiştir. Bunların tasarımı ve inşası sırasında Sovyetler Birliğinin eski tasarım ve inşaat standartları kullanılmıştır. Birinci nesil RBMK olarak kabul edilen üniteler; Rusya’daki Leningrad-1. ve 2., Kursk-1. ve 2. ile Ukrayna’daki Çernobil-1. ve 2. üniteleridir.

İkinci nesil RBMK’lar Sovyetler Birliğinin 1973 yılında yayınlanan yeni tasarım ve inşaat standartlarına uygun olacak şekilde tasarımlanmış ve 1970’li yılların sonlarında, 1980’li yılların başlarında inşa edilmiştir. İkinci nesil RBMK’lar toplam 10 ünite inşa edilmiştir. Bu 10 üniteden 8 tanesi RBMK-1000 modeldir (Ukrayna’daki Çernobil-3, 4; Rusya’daki Kursk-3,4; Leningrad-3-4 ve Smolensk-1, 2). Litvanyada’da bulunan iki ünitelik Ignalina’da RBMK-1500 model de ikinci nesil olarak kabul edilmektedir.

Üçüncü nesil olarak tanımlanacak RBMK’lardan sadece 1 ünite Smolensk-3’de bulunmaktadır. Bu ünitede Çernobil kazası sonrasında 1988 yılında çıkartılan güvenlik yönetmeliklerine büyük ölçüde uygun olacak şekilde tasarımlanmış ve inşa edilmiştir. Smolensk-3’e en ileri tasarım RBMK’a gözü ile bakmak mümkündür. Kursk nükleer santralının 5. ünitesi olarak bir üçüncü nesil RBMK daha kurulması planlansa da, bu hayata geçirilmemiştir.
Yandaki şekilde RBMK’nın reaktör adası gösterilmektedir. (Bu şekilde 1- reaktör kalbi, 2- yakıt değiştirme makinesi, 3- pompalar, 4- soğutucu suyu, 5- su-buhar karışımı, 6-buhar ayrıştırıcı kazanlar, 7-türbin)

RBMK’nın diğer reaktör tasarımlarında bulunan basınç kabı bulunmamaktadır. Kanal tipi bir reaktördür ve diğer reaktör türlerine göre, reaktör kalbinin hacmi çok daha büyüktür. RBMK-1500 modelde, Bu yakıt bölgesi 25 metre derinliğinde ve 21x21 metrelik bir beton yapının içine yerleştirilmiştir. Bu beton yapının içine 0.25m x 0.25m x 7m boyutlarında 2500 grafit blok yığılarak 7 metre yüksekliğinde, 12 metre çapında bir reaktör kalbi bölgesi oluşturulmuştur. Bloklarda 2052 adet dikey kanal açılmıştır. “Yakıt kanalı” veya “basınç kanalı” adı verilen bu kanallardan 1661 tanesi yakıtların yerleştirilmesi ve soğutucu suyunun yukarıya doğru akması için tasarımlanmıştır. (Not: ilk nesil RBMK’larda 1693 adet yakıt kanalı kullanılmıştır.)

RBMK’larda yakıt (basınç) kanalları %2.5 Niobyum içeren zirkonyum alaşımından imal edilmiştir. 8.8 mm dış çapa, 4 mm duvar kalınlığına sahip bulunmaktadır. Bu kanallar alt ve üst metal duvarlara kaynaklanmıştır ve birbirlerinden bağımsızdır. Her birinin ayrı izolasyon vanası bulunmaktadır. Böylece santral normal işletmede iken bu izolasyon vanaları kullanılarak, yakıt kanalı izole edilebilmekte ve yakıt değişimi gerçekleştirilebilmektedir.

Soğutucu suyu yakıt kanalının altından girmekte, yakıtın üzerinde geçerken ısınarak 290°C de kaynamakta ve yakıt kanalının üzerinden su-buhar karışımı olarak terk etmektedir.

Yakıt kanalını terk eden buhar-su karışımının %23-29 oranında buhardan oluşmaktadır. Bu karışım borular yardımıyla reaktör binasının iki yanında bulunan yaklaşık 34 metre uzunluğunda ve 3.6 metre çapında 4 ayrı yatay ayrıştırma kazanına gitmektedir (kanalların yarısı reaktör binasının bir tarafında bulunan iki kazana, diğer yarısı da reaktör binasının diğer tarafında bulunan iki kazana olmak üzere). Bu kazanlarda su ile buhar ayrıştırılmakta ve yaklaşık 7 MPa basınca sahip buhar yine reaktör binasının iki yanında bulunan 2 ayrı türbine gönderilmektedir (iki kazandan çıkan buhar türbinlerden birine olmak üzere). Dolayısıyla RBMK’ların diğer reaktör türlerinden bir farkı da, bir reaktör binasına karşılık iki farklı türbin-jeneratör setinin bulunmasıdır.

Türbinde enerjisini kaybeden su, yoğurtucular yardımıyla tekrar suya dönüştürülmekte ve besleme suyu pompaları yardımıyla tekrar buhar ayrıştırıcılarına gönderilmektedir. Buhar ayrıştırıcılarına alttan giren besleme suyu, buhardan ayrılan su ile birleşerek, ana soğutucu suyu pompaları yardımıyla tekrar yakıt kanallarına gönderilmektedir. (Aşağıdaki basitleştirilmiş şemada sadece 2 adet buhar ayrıştırıcı gösterilmiştir.)

RBMK’larda her bir buhar ayrıştırıcısı-türbin döngüsü için 4 adet ana soğutucu suyu pompası (toplam 8 adet) bulunmaktadır. Normal işletme sırasında bu pompalardan sadece 3’ü çalışmakta, 1 tanesi yedekte beklemektedir.
 

RBMK’larda Yakıt

RBMK’larda yakıt olarak düşük zenginlikte Uranyum dioksit kullanılmaktadır. Zenginlik yaklaşık %1.8 - %2 civarında bulunmaktadır. Çernobil kazasından sonra yakıt zenginliğinin güvenlik nedeniyle %2.4’e çıkartılması gerekmiştir. Yakıt peletleri 11.5 mm çapında ve 15 mm yüksekliğindedir. Bu peletler 1.3 cm çapında, 3.6 metre uzunluğunda zirkonyum alaşımı boruların içine yerleştirilerek yakıt çubukları elde edilmektedir. Yakıt borusu malzemesi (yakıt zarfı) %1 Niobyum içeren zirkonyum alaşımıdır. Bu çubuklar, bir taşıyıcı çubuk etrafına dizilerek her biri 18 adet yakıt çubuğundan oluşan 7.9 cm çapında yakıt demetleri oluşturulmaktadır.

RBMK reaktörünün yakıt kanallarının iç çapı yaklaşık 8 cm ve aktif kalp yüksekliği yaklaşık 7 metre olduğundan, bu yakıt kanallarının boyuna uygun yakıt elde etmek için iki adet yakıt demeti uç uca eklenerek 2 yakıt demetinden oluşan yakıt modülleri oluşturulmaktadır. Bu yakıt modülleri, 2 adet 3.6 metrelik yakıt demeti, ara birleşme noktaları ve üst ve alt bölümleri ile beraber yaklaşık 10 metre uzunluğundadır.

RBMK’larda yakıt değişimi, reaktör kalbinin 30 metre üzerinde bulunan yakıt değiştirme platformundaki dev yakıt değiştirme makineleri yardımıyla reaktör normal işletme halindeyken yapılmaktadır. Bu makine günde 5 yakıt kanalında yakıt değiştirebilmektedir.

RBMK’larda reaktörde üretilen enerjinin yaklaşık %5’i, doğrudan grafit yavaşlatıcıya aktarılmaktadır. Dolayısıyla bu tür reaktörlerde grafit blokları ile yakıt kanalları arasında basılan helyum-nitrojen gaz karışımı yardımıyla yavaşlatıcının soğutulması sağlanmaktadır.
 

RBMK’lar çok büyük reaktör kalbine sahip olduğundan, bunları kontrol etmek nispeten daha zor ve karmaşıktır. RBMK’larda 2052 dikey kanaldan 211 kontrol çubukları için ayrılmıştır (Not: ilk nesil RBMK’larda 179 veya 191 adet kontrol çubuğu kanalı kullanılmıştır). Kontrol çubukları yakıt kanallarından tamamen bağımsız kanallarda hareket etmektedir. RBMK’larda 3 farklı tip kontrol çubuğu bulunmaktadır. Tip 1 kontrol çubuklarına “kaba ayar” kontrol çubukları adı verilmektedir. Bunlar bor karbürden (B4C) imal edilmiştir ve yukarıdan aşağıda doğru hareket ederek radyal güç dağılımını kontrol etmek için kullanılmaktadır. Bu tip kontrol çubuklarından 147 adet bulunmaktadır. Tip 2 kontrol çubuklarına “ince ayar” kontrol çubukları adı verilmektedir. Bunlar da aynen kaba ayar çubukları gibi bor karbürden imal edilmiştir, fakat boyları daha kısadır. Tip 2 çubuklar reaktörün altından gitmektedir ve eksenel güç dağılımını kontrol etmek amacıyla kullanılmaktadır. RBMK-1500’lerde tip 2 kontrol çubuklarından 40 adet bulunmaktadır. Tip 3 kontrol çubuklarına “güvenlik çubuğu” adı verilmektedir. Bunlar yukarıdan aşağıda doğru hareket ederek hızlı bir şekilde reaktörü kapatmak için kullanılmaktadır. Bunların sayısı 24’dür ve bor karbonat’tan imal edilmektedir. RBMK’larda ayrıca uzun vadeli güç dağılımı kontrolü için “sabit zehir” de kullanılmaktadır.

RBMK’nın dezavantajları arasında, reaktör kalbinin çok büyük olması ve dolayısıyla kontrolünün zor olmasıdır. Bir başka olumsuz özelliği de pozitif boşluk katsayısına sahip olmasıdır. Yani, reaktör gücü artıp ta su buharlaştıkça, reaktör gücünün daha da artmasıdır. Hâlbuki batı türü reaktör tasarımlarında (PRW ve BWR), reaktördeki soğutucu suyu kaynadığında, güç azalmakta ve reaktör kendini doğal olarak dengelemektedir. RMBK’lar ayrıca batı türü santrallerde bulunan standartlarda bir koruma kabuğuna sahip bulunmamaktadır. Bu tür santrallarda uygulanan yedeklik, çeşitlilik, yangından korunma, gibi güvenlik prensiplerinin de batı standartlarını karşılamadığı düşünülmektedir. Ayrıca RBMK’lar da bulunan acil durum kor soğutma ve diğer güvenlik sistemlerinin yeterli olmadığı konusunda genel bir kanı bulunmaktadır.

Bu kadar olumsuz özelliğin üzerine RBMK’ların aslında bazı avantajlara da sahip bulunduğunu söylemek mümkündür. Öncelikle, düşük güç yoğunluğuna sahip olması, güvenlik açısından tercih edilen bir husustur. Soğutucu kanallardan aktığından, basınç kabına ihtiyaç duyulmamaktadır. Ayrıca istenilen büyüklükte tasarımlanabilmekte, reaktörün gücü için bir üst sınır bulunmamaktadır. Ayrıca yakıt değiştirmek için santralin durdurulmasına da gerek bulunmaktadır.

Çernobil kazası RBMK türü bir santralde meydana geldiği için, bu tür santraller gözden düşmüştür. Bugün dünyada nükleer güvenlik uzmanlarının gözü geride kalan RBMK türü reaktörlere çevrilmiş durumdadır. Bunun sebebi bu tür reaktörlerin modern güvenlik uygulamaları ve tedbirlerini kapsayacak şekilde makul bir masrafla iyileştirilememesidir. Dolayısıyla bu tür reaktörlerin zaman içinde kapatılacağı düşünülmektedir.