Un reactor cu apă sub presiuneBurducea ș.a., 1974, p. 209 (în – PWR) este un tip de reactor nuclear cu apă ușoară. Marea majoritate a centralelor nucleare din lume (cu excepții notabile în Marea Britanie, Japonia, India și Canada) sunt echipate cu reactori de tip PWR.
Într-un PWR, apa este folosită atât ca moderator de neutroni, cât și ca lichid de răcire pentru . În miez, apa este încălzită de energia eliberată de fisiunea atomilor din combustibilul nuclear. Utilizarea presiunii ridicate (aproximativ 155 bar) face ca apa să rămână în stare lichidă. Apa încălzită trece apoi către un generator de abur, unde își transferă energia termică la apa din circuitul secundar, care se află la o presiune mai mică, care îi permite să se vaporizeze. Aburul rezultat acționează apoi turbinele cu abur legate la un generator electric. Prin contrast, un reactor cu apă în fierbere (BWR) funcționează la o presiune mai mică în circuitul primar, ceea ce permite apei să se vaporizeze direct în interiorul vasului de presiune al reactorului, aburul format fiind trimis direct la turbină. Majoritatea modelelor PWR folosesc două până la șase generatoare de abur, fiecare plasat într-un circuit de lichid de răcire.
Inițial PWR-urile au fost proiectate pentru submarinelor nucleare și au fost utilizate în versiunea inițială a celei de-a doua centrale electrice comerciale de la .
PWR-uri sunt în funcțiune SUA, Franța, Rusia, China, Coreea de Sud și alte țări. Majoritatea sunt .
Istoric thumb|Reactorul de tip PWR (de fapt, anvelopa lui) și un turn de răcire de la centrala nucleară Rancho Seco (dezafectată în 2004) Câteva sute de PWR sunt folosite pentru propulsia maritimă a portavioanelor, submarinelor nucleare și a spărgătoarelor de gheață. În SUA, au fost proiectate inițial la Laboratorul Național Oak Ridge pentru a fi utilizate ca o centrală submarină nucleară cu o centrală submarină complet operațională situată la Laboratorul Național Idaho. Lucrările ulterioare au fost efectuate la Bettis Atomic Power Laboratory de Westinghouse. Prima centrală nucleară pur comercială de la centala nucleară Shippingport a fost proiectată inițial ca un reactor cu apă sub presiune (deși prima centrală electrică conectată la rețea a fost la Obninsk, URSS), la insistența amiralului Hyman G. Rickover că o centrală comercială viabilă nu s-ar baza pe niciunul dintre „ciclurile termodinamice nebunești pe care toți ceilalți vor să le facă”.
Programul de energie nucleară a armatei terestre a SUA a folosit reactori cu apă sub presiune din 1954 până în 1974. Centrala Three Mile Island a avut inițial două centrale cu reactori PWR, TMI-1 și TMI-2. Topirea parțială a TMI-2 în 1979 a pus capăt, în esență, creșterii noilor construcții de centrale nucleare în SUA timp de două decenii. Unitatea 2 de la Centrala nucleară Watts Bar (un PWR Westinghouse cu 4 circuite) a intrat în funcțiune în 2016, devenind primul reactor nuclear nou din Statele Unite din 1996.
Reactorii cu apă sub presiune au evoluat, apărând modele noi din : AP1000, VVER-1200, ACPR1000+, APR1400, Hualong One, IPWR-900 și EPR. Primii reactori AP1000 și EPR au fost conectați la rețeaua electrică din China în 2018. În 2020, NuScale Power a devenit prima companie din SUA care a primit de la Comisia de Reglementare Nucleară aprobarea pentru un reactor modular mic cu un proiect de PWR modificat. Tot în 2020, Energy Impact Center a introdus proiectul OPEN100, care a publicat planuri cu sursă deschisă pentru construcția unei centrale nucleare de 100 MW electrici cu reactor PWR.
Descriere thumb|upright=1.8|Animație cu funcționarea unei centrale nucleare echipată cu un PWR. Circuitul primar, al lichidului de răcire, este cel portocaliu, iar circuitul secundar, cel al ciclului termodinamic este cel în albastru. thumb|Componentele circuitului primar: al reactorului (roșu), (violet), (albastru) și pompele (verde) în sistemul cu cu trei bucle de răcire al CNE Hualong One Combustibilul nuclear din al reactorului este „ars” într-o reacție de fisiune în lanț controlată, care produce căldură, încălzind prin conducție termică apa (lichidul de răcire) care spală combustibilul în circuitul primar. Lichidul de răcire fierbinte este pompat într-un schimbător de căldură numit , unde curge prin câteva mii de tuburi subțiri. Căldura este transmisă prin pereții acestor tuburi la lichidul din circuitul secundar cu presiune mai mică, care curge printre tuburi și carcasa schimbătorului. Lichidul din circuitul secundar, tot apă, se vaporizează, obținându-se abur (la presiunea din circuitul secundar). Acest transfer de căldură se realizează fără amestecarea celor două fluide pentru a preveni ca lichidul din circuitul secundar să devină radioactiv. Unele construcții comune ale generatoarelor de abur sunt cu tuburi „U”, fiind schimbătoare de căldură cu o singură trecere.
Într-o centrală nucleară, aburul sub presiune se destinde în turbina cu abur care extrage din el energie cu care antrenează un generator electric conectat la rețeaua electrică. După trecerea prin turbină, abur umed la presiune foarte mică este condensat în condensator. Presiunea condensatului lichid este ridicată cu o pompă la nivelul presiunii din reactor, apoi condensatul este preîncălzit într-un economizor pentru a minimiza șocul termic și introdus în reactor.
Aburul generat poate avea și alte utilizări, în afară de generarea de energie electrică. La navele și submarinele nucleare, turbina cu abur este conectată printr-un reductor de turație la arborele care rotește elicea, asigurând . Acțiunea mecanică directă prin destinderea aburului poate fi utilizată pentru o cu abur sau pentru alte aplicații similare. În unele țări se utilizează termoficarea cu abur, iar încălzirea directă se utilizează la sistemele interne ale centralei.
Două lucruri sunt caracteristice pentru reactorii PWR în comparație cu alte tipuri de reactori: separarea circuitului de răcire de circuitul de abur al ciclului Clausius-Rankine și presiunea mai mare în interiorul circuitului de răcire al reactorului. Într-un PWR există două bucle separate de lichid de răcire (primar și secundar), care ambele conțin apă demineralizată/deionizată. Dimpotrivă, un reactor cu apă în fierbere (BWR), are o singur circuit, care asigură și răcirea reactorului, și acționarea turbinei. La modelele mai exotice, cum ar fi reactorii reproducători, se folosesc alte substanțe decât apa ca lichid de răcire și moderator (de exemplu, sodiu în stare lichidă ca agent de răcire și grafit ca moderator). Presiunea din circuitul primar este de obicei 15–16 MPa (150–160 bar), care este în mod semnificativ mai mare decât în alți reactori nucleari și aproape de două ori mai mare decât a unui BWR. Ca efect al acestui lucru, are loc doar vaporizarea cu bule locală, iar aburul format se va recondensa imediat în masa lichidului. Spre deosebire, într-un BWR lichidul de răcire primar este proiectat să fiarbă.
Reactorul thumb|upright=1.5| al unui PWR
Agentul de răcire într-un PWR este folosit ca agent de răcire principal apa ușoară. Apa intră prin partea de jos a miezului reactorului la aproximativ 275 °C și este încălzită pe măsură ce curge în sus prin miezul reactorului la o temperatură de aproximativ 315 °C. Chiar și la această temperatură apa rămâne lichidă din cauza presiunii mari din circuitul primar, de obicei în jur de 155 bar (15,5 MPa). Apa dintr-un PWR nu poate depăși temperatura de 374 °C sau presiunea de 220,64 bar ( 22,064 MPa), care sunt parametrii punctului critic al apei. International Association for the Properties of Water and Steam, 2007. (din 2022) sunt doar un concept propus, în care lichidul de răcire nu ar ieși niciodată din starea de . Însă deoarece acest lucru necesită presiuni și mai mari decât cele dintr-un PWR și poate cauza probleme de coroziune, până acum nu a fost construit un astfel de reactor.
Vasul de expansiune Presiunea în circuitul primar este menținută de un separat, conectat la circuitul primar și umplut parțial cu apă încălzită de niște încălzitoare electrice scufundate, la temperatura de saturație (punctul de fierbere) pentru presiunea dorită. Pentru a obține o presiune de 155 bar, temperatura din vas este menținută la 345 °C, ceea ce oferă o marjă de subrăcire (diferența dintre temperatura din vas și cea mai mare temperatură din miezul reactorului) de 30 °C. Deoarece 345 °C este punctul de fierbere al apei la 155 bar, apa lichidă se află aproape de o transformare de fază. Regimurile termice tranzitorii din sistemul de răcire al reactorului determină variații mari ale volumului de lichid/abur din vasul de expansiune, iar volumul total al vasului este proiectat astfel încât să absoarbă aceste variații de volum fără a lăsa descoperite încălzitoarele sau a goli vasul. Regimurile tranzitorii de presiune în sistemul de răcire primar se manifestă ca variații de temperatură în vasul de expansiune și sunt controlate prin utilizarea încălzitoarelor automate și a pulverizării cu apă, care cresc, respectiv scad, temperatura în vas.
Pompele Lichidul de răcire este pompat prin circuitului primar de pompe puternice. Aceste pompe au debite de ~10 m3/s. După ce se încălzește pe măsură ce trece prin miezul reactorului, lichidul de răcire primar transferă căldura într-un apei din circuitul secundar cu presiune inferioară, vaporizând-o. Se obține abur saturat, la majoritatea modelelor de 60 bar, 275 °C, pentru acționarea turbinei cu abur. Lichidul de răcire primar răcit este apoi returnat în vasul reactorului pentru a fi încălzit din nou.
Moderatorul Reactorii cu apă sub presiune, ca toate modelele de reactori cu neutroni termici, pentru a interacționa cu combustibilul nuclear și a susține reacția în lanț necesită încetinirea neutronilor rapizi produși de fisiune (un proces numit „moderare”). În PWR apa lichidă de răcire este folosită și ca moderator, neutronii pierzând viteza în urma coliziunilor cu atomii ușori de hidrogen din apă. Această „moderare” a neutronilor se va întâmpla mai des atunci când apa este mai densă (vor avea loc mai multe ciocniri). Utilizarea apei ca moderator este o caracteristică importantă de siguranță a PWR-urilor, deoarece o creștere a temperaturii poate determina dilatarea apei, dând „goluri” mai mari între moleculele de apă și reducând probabilitatea de coliziune, reducând astfel măsura în care neutronii sunt încetiniți și, prin urmare, reducând reactivitatea în reactor. Deci, dacă reactivitatea crește peste normal, moderarea redusă a neutronilor va determina încetinirea reacției în lanț, producând mai puțină căldură. Această proprietate, cunoscută sub numele de coeficient de dilatare termică negativ al reactivității, face ca reactorii PWR să fie foarte stabili. Acest proces este unul de autoreglare, cu cât lichidul de răcire devine mai fierbinte, cu atât instalația devine mai puțin reactivă și invers. Astfel, instalația se stabilizează în jurul unei temperaturi date, stabilită de poziția tijelor de control.