VVER'ler Sovyetler Birliği tarafından geliştirilen ve kullanılan basınçlı su reaktörleridir. Günümüzde de Rusya Federasyonu tarafından geliştirilmeye ve kullanılmaya devam edilmektedir. VVER Rusça olan “Voda-Vodyanoi Energetichesky Reaktor” ifadesinin kısaltmasıdır. Tercümesi su ile soğutulan ve su ile yavaşlatılan enerji reaktörüdür. Bugün dünyada toplam 53 adet VVER türü reaktör bulunmaktadır. Bunlardan 26 tanesi Rusya Federasyonu ve Ukrayna'da bulunmaktadır. VVER-1000 model bir reaktörün, reaktör adasının şeması aşağıda gösterilmektedir.

VVER’lerin bugüne kadar 3 nesil olarak geliştirilmiştir.


Birinci Nesil VVER’ler

Rusya’da Novovoronezh nükleer santralında kurulan ilk VVER üniteler VVER-210 ve VVER-365 modellerdir. Bunlar sırasıyla 1964 ve 1970 yıllarında işletmeye alınmış ve 1988 ve 1990 yıllarında kapatılmıştır. Bu modellere VVER’lerin prototipleri gözüyle bakmak mümkündür.

Prototiplerin ardından ilk ticari anlamdaki model VVER-440/230 1960’lı yıllarda geliştirilmiştir. VVER-440/230 modellerin gerçek anlamda koruma kabuğu bulunmamakta, acil durum soğutma kabiliyetlerinde, güvenlik ve yangından korunma sistemlerinde önemli eksiklikler bulunmaktadır. Bu model günümüzde güvenlik uzmanlarının kaygı kaynağı olmaya devam etmektedir.

Bugün VVER-440/230 model ünitelerden halen 11 adet işletme halinde bulunmaktadır. Dünyadaki bulunan VVER-440/230 model üniteler arasında Rusya’daki Kola 1 ve 2, Ermenistan'daki Armenia (Metzamor)-1 ve 2, Bulgaristan’daki Kozloduy-1,2,3 ve 4, Slovak Cumhuriyetindeki Bohunice-1 ve 2, Doğu Almanya’daki Greifswald-1,2,3 ve 4 sayılabilir.

Ermenistan’daki 1. ünite 1989’da, Doğu Almanya’daki 4 ünite 1990’da kapatılmıştır. Bulgaristan’daki 4 ünitenin de, Bulgaristan’ın Avrupa Birliğine girişi aşamasında kapatılması söz konusu olmuştur. İlk iki ünite 2002’de, diğer iki ünitenin de 2006 yılında kapatılmıştır.
 

İkinci Nesil VVER’ler

İkinci nesil VVER’ler olarak kabul edilen VVER-440/213 modeli 1970’li yıllarda geliştirilmiştir. Bu modele sahip dünyada hali hazırda 16 adet ünite bulunmaktadır. Bunlar arasında Rusya’daki Kola 3 ve 4, Ukrayna’daki Rovno 1 ve 2, Macaristan’daki Paks 1, 2, 3 ve 4, Çek Cumhuriyetindeki Dukovany 1, 2, 3 ve 4, Slovak Cumhuriyetindeki Bohunice 3 ve 4, Doğu Almanya’daki Greidswald 5 bulunmaktadır. Ayrıca bu modellerin ikisi de Finlandiya’dadır (Lovisa 1 ve 2). Finlandiya’daki reaktör soğuk savaş döneminde batı bloğu ülkelerinde kurulan tek doğu bloğu tasarımıdır.

VVER-440/213 tasarımında, bir önceki modelin sahip olduğu birçok tasarım açıkları giderilmiş, koruma kabuğu ve güvenlik sistemleri tasarımları bu modelde geliştirilmiştir. Fakat VVER-440/213’lerin ölçü-kontrol ve yangından korunma sistemleri batılı uzmanlar tarafından yeterli bulunmamaktadır. Finlandiya’daki reaktörler batı güvenlik kriterlerini karşılayacak ölçü-kontrol ve koruma kabuğu sistemlerine sahip olacak şekilde geliştirilmiştir. Doğu Almanya’daki ünite de, iki Almanya’nın entegrasyonu sırasında 1990 yılında kapatılmıştır.

Birinci ve ikinci nesil VVER’leri temsil eden VVER-440/230 ve VVER-440/213 modellerin en ilginç yanlarından bir tanesi 6 adet buhar üreteci döngüsüne sahip bulunmalarıdır.
 

Üçüncü Nesil VVER’ler

VVER’lerin bir sonraki nesli 1975–85 yılları arasında tasarımlanmış olan VVER-1000’lerdir. Bunların geliştirilen farklı versiyonlarına VVER-91 ve VVER-92 isimleri de verilmektedir.

VVER-91, 1989 yılından itibaren Sovyetler Birliği ve Finlandiya’nın işbirliği ile çok sıkı Finlandiya nükleer santral tasarım gereklerini karşılayacak şekilde geliştirilmiştir. VVER-91’lerin kâğıt üzerinde en gelişmiş nükleer santral modellerinden biri olduğu iddia edilmektedir. Çin 2 adet VVER-91 ünitesi sipariş etmiş ve bunlar sırasıyla 2006 ve 2007 yıllarında işletme geçmiştir.

VVER-92 ise batı devletlerinin desteği ile geliştirilmiştir. Aktif güvenlik sistemleri de dahil çok sadeleştirilmiş santral sistemlerine ve çift koruma kabuğuna sahip olması gibi özellikleri bulunmaktadır.

VVER-1000’lerin birçok özelliği, batı-tasarımı PWR’ların özelliklerine benzer bulunmaktadır. En önemli iyileştirmeler arasında, çelikle güçlendirilmiş koruma kabuğu bulunmaktadır. VVER-1000 modeli ile VVER tasarımları iyice batı türü PWR’lara yaklaşmış, buhar üreteci döngülerinin sayısı 6’dan 4’e indirilmiştir.

Dünyada VVER-1000 modellerden 26 ünite bulunmaktadır (Rusya’da 9 ünite, Ukrayna’da 13, Bulgaristan’da 2 ünite, Çin’de 2 ünite).

Çin haricinde İran, Hindistan ve Bulgaristan da VVER-1000 modeli santralleri sipariş etmiştir. Bulgaristan’daki iki VVER-1000 ünitesinin inşasına Belene sahasında başlanmış, fakat 2010 yılı ortalarında finansal sorunlar nedeniyle projenin rafa kaldırıldı açıklanmıştır. Hindistan’daki iki ünitesinin inşasına da Kudankulam sahasında devam edilmektedir. Ayrıca, inşasına Alman Siemens AG’nin bir alt firması olan Kraftwerk-Union tarafından 1975 yılında başlanan, fakat Şah rejiminin devrilmesinin ardından 1979’da yarım kalan İran’ın Bushehr santralının ünitelerinden birisinin VVER-1000 model olarak tamamlanması ile ilgili çalışmalara da devam edilmektedir.

Ayrıca bir de küçük boyutta geliştirilmiş yeni VVER-640 modeller bulunmaktadır. Fakat günümüzde düşük güç seviyeleri ekonomik olmadığından, bu model üzerine inşa edilmiş bir nükleer santral bulunmamaktadır.

Dördüncü Nesil VVER’ler

VVER-1000 tasarımı son yıllarda Avrupa ülkeleri ve Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı’nın kod ve standartlarına uyumlu olacak şekilde daha da geliştirilerek VVER-1200 tasarımı ortaya çıkarılmış ve nükleer teknolojiye yeni girecek ülkelere pazarlanmak üzere geliştirilmiştir.

VVER-1200 tasarımı daha geniş kalp çapı, daha uzun kalp kabı, 60 yıllık santral ömrü, %90’lik yıllık yük faktörü ve daha yüksek termal verime sahip olacak şekilde geliştirilmiştir. Güvenlik sistemi herhangi bir kaza durumunda, güveni kapatma ve soğutmayı 24 saat içinde sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.

VVER-1200 tasarımına tasarıma ileri nesil nükleer santralarda önemle dikkate alınan ciddi kazalara yönelik tedbirler de eklenmiştir. Buna göre, VVER-1200’lerde ünitelerin termal çıkış gücü 3200 MW, elektrik çıkış gücü 1160 MW'a, net ünite verimi % 33.7'ye, buhar üreteci çıkışındaki ikinci döngü basıncı da 7 MPa'a yükseltilmiştir. VVER-1200'lerde çift katlı koruma kabuğu kullanılmış, santralın sismik kararlılığı arttırılmış ve tasarım-ötesi kazalar için yeni özellikler eklenmiştir. Şebek kaybı, besleme suyu kaybı, birinci döngü üzerinde oluşacak küçük kırıklar, vs. nedeniyle kor erimesini önlemek için santral tasarımında pasif ısı uzaklaştırma sistemi de kullanılmıştır. VVER-1200 üniteler, özellikle zayıf elektrik şebekelerinin söz konusu olduğu bölgelerde, 72 saat boyunca şebeke elektriğine ihtiyaç duymadan  çalışabilecek şekilde tasarlanmıştır. Santral ayrıca dış etkiler arasında bulunan depreme (0.25g), uçak çarpmasına, şiddetli rüzgâra, patlama sonucunda oluşmuş şok dalgalarına ve kötü hava şartları sonucunda oluşmuş kar ve buz yüküne karşı da daha dayanıklı olacak şekilde tasarımlamıştır.

VVER-1200 tasarımının ilk örneklerinin Rusya Federasyonu’nda, Novovoronezh II Nükleer Santralında Haziran 2008’de ve Leningrad II Nükleer Santralında Ekim 2008’de inşa edilmeye başlandığı bildirilmektedir. Ayrıca Rusya Federasyonu ile  Türkiye arasında imzalanan uluslararası anlaşma uyarınca, Akkuyu sahası 4 adet VVER1200 inşa edilmek üzere Rusya'ya tahsis edilmiştir.

VVER Tasarımı

Aşağıda basitleştirilmiş bir VVER reaktörü gösterilmektedir. Bu şekilden de görülebileceği gibi, VVER tasarımı PWR tasarımına çok benzemektedir.

VVER’ler, reaktör basınç kabı, ana soğutucu suyu pompaları, buhar üreteçleri, basınçlandırıcı ve ilgili boru sistemlerinden oluşmaktadır.

Reaktör basınç kabında bulunan yakıt bölgesinde ısı enerjisi ortaya çıkmaktadır. Basınç altındaki soğutucu suyu (VVER-440’lar için 12.3 MPa, VVER-1000’ler için 15.7 MPa, VVER-1200'ler için 16.2 MPa) reaktör kalbinde ısındıktan sonra basınç kabını terk ederek buhar üretecine gitmektedir. Buhar üreteci, birinci döngüdeki ısı enerjisinin, ikinci döngüye (beslemeye suyuna) aktarmaktadır. Soğutucu suyu daha sonra buhar üretecini terk ederek bir pompa yardımıyla tekrar reaktör kalbine gönderilmektedir. (Aşağıdaki şekilde: 1 – reaktör kalbi, 2 –soğutucu suyu boruları, 3- ana soğutucu suyu pompaları, 4 – buhar üreteçleri, 5 – acil durum güvenlik sistemi su akümülatörleri, 6 – basınçlandırıcı)

VVER-1000’lerin birinci soğutma suyu döngülerinde 4 adet buhar üreteci döngüsü bulunmaktadır (önceki modellerde 6 adet). Yukarıdaki şekilde VVER-1000’ler için birinci soğutma suyu döngüsü gösterilmektedir. Her buhar üreteci döngüsü üzerinde bir buhar üreteci ve bir soğutucu suyu pompası bulunmaktadır (toplam 4’er tane). Aynı PWR’lar gibi 4 döngü için sadece 1 adet basınçlandırıcı bulunmaktadır.

Buhar üretecinde ikinci döngü suyu buharlaşarak türbin-jeneratör binasına gitmektedir. VVER’lerin türbin-jeneratör binası ve ilgili donanımlarının PWR’lardan bir farkı bulunmamaktadır.


VVER Reaktör Basınç Kabı

Reaktör basınç kabı uzun ve dik silindir şekilde bir kaptır. Yüksekliği üst kontrol çubuğu mekanizmaları da dahil yaklaşık 19 metre civarındadır. Dış çapı yaklaşık 3.84 (VVER-440) - 4.5 (VVER-1000) metredir. Çelikten yapılmış kabın dış duvar kalınlığı yaklaşık 14 cm’dir ve kabın iç yüzeyi 9 mm kalınlığında paslanmaz çelikle kaplanmıştır.

Reaktör kabına su VVER-440 modelinde yaklaşık 267° C’de, girmekte ve 297° C’de çıkmaktadır. VVER-1000’ler için giriş sıcaklığı yaklaşık 291° C, çıkış sıcaklığı da yaklaşık 321° C civarındadır.   VVER-1200’lerde bu değerler daha da arttırılmıştır.   VVER-1200’ler giriş sıcaklığı yaklaşık 298.6° C, çıkış sıcaklığı da yaklaşık 329.7° C olarak tasarımlanmıştır.

Yatay Buhar Üreteçleri

PWR’lar ile VVER arasındaki en önemli fark, VVER’lerin yatay buhar üreteçlerine sahip bulunmasıdır. VVER’lerde buhar üreteçlerini büyük boyutlarda yatay kaynatma kapları olarak düşünmek mümkündür. VVER-440 modeli için yarıçapları 2.3 metre, boyları ise 12 metredir.

Yukarıdaki şekil tipik bir VVER buhar üreteci göstermektedir. Bu şekilde turuncu bölge, reaktör kabından gelen birinci döngü suyunun dolaştığı bölgeyi göstermektedir. Turuncu bölgede reaktör kabından gelen ve giden suyun toplandığı iki kol ve bu suyun buhar üreteci içinde dolaştığı yaklaşık 5500 adet yatay borular bulunmaktadır (şekilde basitleştirmek amacıyla tek boru olarak gösterilmiştir). Turuncu boruların dışında kalan mavi bölge de, ikinci döngü (besleme) suyunun kaynadığı bölgeyi göstermektedir. Bu bölgenin üzerinde, besleme suyunun buhar üretecine girdiği delikli plaka görülmektedir. Buhar üreteci boruların üzerinde çarparak buharlaşmakta, buhar daha sonra üstteki mekanik nem ayırıcılarından geçmekte, kalitesi artan buhar üstündeki borulardan çıkarak buhar üretecinin üzerindeki yatay kalın boru şeklinde gösterilen buhar toplama kanallarına gelmektedir. Buhar buradan türbin binasına yönlendirilmektedir.

VVER’lerde Yakıt
 

VVER’leri PWR’lardan ayıran bir başka özellikte de, yakıt demetlerinin kare şeklinde değil de, altıgen şeklinde olmasıdır. VVER reaktör kalbi de altıgen şeklindedir. Yakıt demetlerinin sayısı tasarımdan tasarıma değişse de, bu sayı VVER-440 modeller için 349 (42 ton uranyum), VVER-1000 modellerde ise 163 (66 ton uranyum)’dür. Yakıt düşük zenginlikte uranyumdan oluşmakta ve reaktör kalbinde farklı yakıt zenginlik bölgeleri kullanılmaktadır (%2.0, %3.3, %3.6, %3.7, %4.0, %4.23, %4.3 ve %4.4).

Yakıt zarfı ağırlık olarak % 98.97 zirkonyum, %1 niobium ve %0.03 hafniyumdan oluşmaktadır.

VVER’lerde kontrol çubukları bor karbür (B4C)’den imal edilmektedir. Aynen PWR’larda olduğu gibi, reaktör kabının üstünden girip, yakıt demetlerinde kendileri için ayrılan borularda hareket etmektedir. VVER-1000’lerde her yakıt demetinde 18 adet boru kontrol çubuklarının girmesi için ayrılmıştır.

VVER’lerde reaktörün uzun vadeli güç kontrolü için çözünür zehir (soluble poison) de kullanılmaktadır. Bu amaçla soğutucu suyunda bulunan asit borik miktarı değiştirilmektedir. Uzun vadeli güç dağılımı kontrolü için ayrıca yakıt malzemesi olan uranyum dioksite, sabit zehir (fixed poison) olan Gadolinia (Gd2O3) karıştırılmaktadır.

VVER’ler, Sovyetler Birliği zamanında geliştirilen bir başka reaktör türü olan RBMK’lara oranla daha pahalı bir reaktör türüdür. Dolayısıyla, Sovyetler Birliği döneminde daha ucuz bir tasarım olan RBMK’lar daha fazla tercih edilmiştir.