Atomreaktorer kommer i mange forskjellige former og størrelser. De fleste er store nok til å drive større byer, og små reaktorer utvikles for å utfylle dem. De fleste bruker vann for å avkjøle kjernene, mens andre bruker gass eller metaller.

Rundt 425 reaktorer globalt, som varierer i størrelse fra 30-1660MW, er vannkjølt. Det er to hovedtyper av vannkjølt reaktor: Lettvannsreaktorer (som bruker normalt vann) og tungt vannreaktorer (som bruker en kjemisk distinkt vanntype el. isotop). Det er tre store reaktordesign typer under paraplyen; vannkjølte reaktorer, som er i bruk:

Reaktorer i bruk i dag – Generasjon 3

Trykkvannreaktorer (PWR) utgjør nesten 70% av den globale reaktorflåten. Utformingen kjennetegnes ved å ha en primær kjølekrets som pumpes gjennom kjernen av reaktoren, og en sekundærkrets der damp genereres for å drive turbinen. Vann i primærkretsen forhindres fra å koke ved å sette  reaktoren under høyt trykk. Vann i sekundærkretsen er under mindre trykk og derfor vil det koke, og driver turbinen som genererer strøm.

Kokevannreaktorer (BWR) er den nest vanligste reaktortypen globalt, og utgjør omtrent 15% av den globale flåten. I motsetning til PWR -er, har denne designen bare en enkelt krets der vannet holdes i et trykk som lar det koke. Dampen som genereres i reaktoren føres direkte til turbinen. BWR -er finnes først og fremst i USA, Japan, Sverige og Taiwan.

Pressualized Heavy Water Reactors (PWHR) er den tredje vanligste reaktortypen, og utgjør 11% av den globale flåten. Designet bruker tungt vann, en kjemisk annerledes form for vann (isotop) med et ekstra proton i hydrogen kjernen, for å avkjøle og kontrollere atom reaksjonen. Ved å bruke tungt vann er det mulig å bruke naturlig forekommende uran som drivstoff, i stedet for det berikede drivstoffet som brukes i PWR og BWR. Tungtvannsreaktorer er for det meste assosiert med Canada (CANDU), men de brukes også i India, Argentina, Romania, Pakistan og Kina.

Små modulære reaktorer (SMR)

SMR -er er ikke en tydelig type reaktor, men snarere en familie av forskjellige reaktor design som er mindre enn de fleste reaktorer som for tiden er i drift. SMR -er i LWR versjon vil sannsynligvis komme mot slutten av 2020 -årene, med bred utplassering som finner sted på begynnelsen av 2030 -tallet. Flere nye designer vil ta lengre tid å nå kommersialisering, men det jobbes mye for å teste dem. Det er mange forskjellige designer og størrelser som er foreslått, alt fra bare noen få megawatt til flere hundre megawatt.

Akademik Lomonosov, verdens første flytende atomkraftverk, er et eksempel på en SMR (bilde: Rosatom).

SMR -er tilbyr en rekke forskjellige fordeler som kompletterer store reaktorer. Gitt sin størrelse, er små reaktorer godt egnet for avsidesliggende områder og i elnett som er for små til å betjene en kjernefysisk reaktor i Gigawatt-skala. I tillegg er en ytterligere fordel med SMR-er utsiktene til såkalt modularitet, hvor de fleste, om ikke alle, komponenter av reaktorene kan produseres i en fabrikk før de sendes til det stedet de skal installeres.

Design typer for fremtiden – Generasjon 3+ og 4

Mens de fleste nåværende reaktorer bruker vann for å avkjøle kjernen, er det mye forskning og utvikling som ser på reaktorer som bruker flytende metaller, saltsmelte eller gasser som kjølevæske. Utviklingen av disse reaktorene kan tilby mer effektiv kjernekraft, med nye og spennende applikasjoner. Mange reaktortyper som ikke bruker vann har blitt operert over hele verden i mange år, mest på eksperimentelt nivå.

Beloyarsk kjernefysisk kraftverk, Russland, hjem til to natriumkjølte hurtigneutronreaktorer (FAST) (bilde: Rosatom).

Flytende metall raske reaktorer (LMFRS) bruker forskjellige flytende metaller (f.eks. Natrium, bly) for å avkjøle kjernen. Flytende metall reaktorer kan drives med uran i metall form (nåværende reaktorer bruker stort sett uran i keramisk form), samt resirkulert kjerne avfall fra termiske reaktor som bruker uran i kjeramist form. Verdens eneste for øyeblikket operasjonelle hurtig reaktorer er den natrium kjølte BN-600 og BN-800-reaktorene-begge ligger på Beloyarsk kjernekraftverk i Russland.

Molten saltreaktorer (MSR el Saltsmelte Reaktor) bruker salter som kjølevæske, med enten drivstoff i fast form (keramisk) eller med drivstoffet oppløst i selve saltet. MSR -er kan bruke en rekke drivstoff, for eksempel uran, plutonium, aktinider fra atomavfall og thorium, avhengig av om de opererer som raske reaktorer. Siden MSR kan fungere ved høye temperaturer, kan de brukes til å generere hydrogen og varme for forskjellige industrielle applikasjoner.

Høytemperatur gass kjølte reaktorer (HTGR) avkjøles av gass (f.eks materialer som silisiumkarbid). HTGR -er fungerer ved veldig høye temperaturer (> 800 ° C) og er godt egnet for generering av syntetisk drivstoff og industriell varme.

Mange reaktorer under utvikling er såkalte ‘raske’ reaktorer, der nøytronene fra kjerne kjedereaksjonen ikke blir bremset, i motsetning til i konvensjonelle reaktorer der reaksjonen modereres av vann og/eller grafitt. Raske reaktorer representerer et teknologisk skritt fremover og vil være i stand til å resirkulere kjernefysisk avfall fra nåværende kjernefysiske reaktorer, og øke mengden energi vi kan få fra kjernebrensel radikalt – fra omtrent 5% i dag til 90%+.