CANDU炉
1980年代には、ピカリングA炉の圧力管は水素脆化(hydrogen embrittlement)による想定外の劣化により設計寿命を前に交換した。広範囲にわたる検査とメンテナンスにより後の原子炉ではこの問題が回避された。
ピカリング、ブルース、ダーリントンでの後の世代の運用パフォーマンスの復元に集中するために、すべてのピカリングAおよびブルースA炉は1999年に閉鎖された。ピカリングA炉を再起動する前に、OPGは限定的な改修プログラムを実施した。不適切なプロジェクト範囲の開発に基づく元の費用と時間の見積もりは実際の時間とコストを大幅に下回り、ピカリング2・3号機は商業上の理由から再起動しないことが決定された。
これらの超過はブルースでも繰り返され、3・4 号機は予算を90%上回って稼働している。似たような超過はポイント・ルプローでも経験され、そしてジャンティイ-2プラントは2012年12月28日に閉鎖された。
1994年における計画された資本コスト(ならびに燃料と稼働中のメンテナンスの低コスト)に基づくCANDUからの電力は、5セント/kWhをはるかに下回ると予測されていた。
1999にオンタリオ・ハイドロはバラバラになった、そしてその発電設備はオンタリオ・パワー・ジェネレーション(OPG)に再編成された。 後継会社を個人投資家にとってより魅力的なものにするために、194億ドルの「座礁債務(stranded debt)」がオンタリオ電力金融公社の管理下に置かれた。
軽水は優れた減速材になる: 軽水素原子は質量が中性子に非常に近く、(2つのビリヤードボールの衝突のように)1回の衝突で多くのエネルギーを吸収できる。軽水素はまた中性子の吸収にもかなり効果的であり、また天然ウラン中の少量の U と反応するには余りにも少ないため、臨界が妨げられる。臨界を可能にするためには、燃料を濃縮し、U の量を使用可能なレベルまで増やす必要がある。軽水炉では、燃料は通常2%から5%の間の U に濃縮される(Uが少ない残りの部分は劣化ウランと呼ばれる)。濃縮施設の建設と運用には費用がかかる。それらは最大で兵器級の材料(90%またはそれ以上のU)までUをさらに濃縮させるために使用できるため、拡散の懸念事項でもある。これは燃料が国際的に承認されたサプライヤーによって供給、再処理される場合に是正できる。
軽水に対する重水減速材の主な利点は連鎖反応を維持する中性子の吸収が減少し、(濃縮されていない天然ウラン燃料を使用する程度まで)活性原子の濃度を低くすることができることである。デューテリウム ("重水素") は、軽水素が吸収する余分な中性子を既に持っているため、中性子を捕捉する傾向が減少する。重水素は、(ほぼ同じ質量を持つ軽水素と比較して)中性子1個の2倍の質量を持っており; この不一致は中性子を減速するのにより多くの衝突が必要であることを意味し、燃料棒間の減速材の厚みを大きくする必要がある。
これらのガンマ線で発生した中性子の応答が遅いため、原子炉の応答が遅れ、緊急時にオペレーターに余分な時間が与えられる。ガンマ線は水中を何メートルも移動するため、原子炉の一部で連鎖反応が増加すると原子炉の残りの部分から反応が生じ、さまざまな負のフィードバックが反応を安定化させる。
一方、核分裂中性子は別の燃料棒に到達する前に完全に減速され、これは中性子が原子炉のある部分から別の部分に移動するのに長い時間がかかることを意味する。したがって連鎖反応が原子炉の1つのセクションで加速した場合、変化はゆっくりと残りの炉心に伝播し、緊急時に対応する時間が与えられる。核分裂性物質がウラン235、ウラン233、プルトニウムのいずれであっても、すべての燃料束は同じ環境を経験し、同じように近隣の燃料に影響を与えるため使用される核燃料からの中性子エネルギーの独立性はCANDU炉におけるそのような燃料の柔軟性を可能にするものである。
カナダは濃縮施設へのアクセスを欠いている間に原子力エネルギーを調査するため第二次世界大戦後の時代に重水減速設計を開発した。戦争時代の濃縮システムは、建設と運用に非常に費用がかかったが、一方、重水ソリューションは実験用のZEEP原子炉で天然ウランを使用することを可能にした。はるかに安価な濃縮システムが開発されたが、しかし米国はより安価なガス遠心分離プロセスに関する研究を機密扱いにした。CANDUは、したがって天然ウランを使用するように設計された。
エネルギーを大量に消費する(現在天然ガスを使用している)オイルサンド抽出プロセスの熱源および電力源と見なされているCANDU炉が、カナダ西部(Western Canada)で関心が示されている。Energy Alberta Corporationは2007年8月27日に、カーディナル湖(Cardinal Lake、アルバータ州ピースリバー町(Peace River, Alberta)の西30 km)で、2017年にオンライン予定の2.2GW(gigawatts、電気)を発電する2基のACR-1000炉を持つ、新しい原子力発電所を建設する許可を申請したことを発表した。2007年の議会審査では開発活動を留保することが提案された。同社は後に、プラントを計4.4GWの4基に拡張することを提案した、ブルース・パワーに買収された。これらの計画は覆され、ブルースは後にカーディナル湖への申請を取り下げ、代わりに約60 km離れた新しい場所を提案した。一般大衆との広範な協議の後、人口の約⁄5が原子炉にオープンな一方で、⁄4は反対であることが示され、計画は現在瀕死の状態である。
CANDU炉には主に2つのタイプがあり、大規模プラントのマルチ原子炉工作物(installations)で使用することを意図していた約500 MWeのオリジナル設計と、単一のスタンドアローン・ユニットまたは小規模なマルチユニット・プラントで使用するように設計された600 MWeクラスの合理化されたCANDU-6がある。CANDU-6ユニットはケベック州とニューブランズウィック州と同様に、パキスタン、アルゼンチン、韓国、ルーマニア、と中国に建てられた。非CANDU-6設計の一例がインドに販売された。マルチユニット設計はカナダオンタリオ州でのみ使用され、より多くのユニットが州に設置されるにつれサイズとパワーが増大し、ダーリントン原子力発電所に敷設されたユニットでは~880 MWeに達することになった。CANDU-6に似た方法でより大きなユニットを合理化する努力はCANDU-9につながった。
2000年代初頭までに、オリジナルのCANDU設計の販売見通しは他社からのより新しいデザインの導入により次第に減少していた。AECLはCANDU-9の開発をキャンセルすることで対応し、そして改良型CANDU炉 (ACR) 設計に移行する。ACRは買い手を見つけられなかった; 最後の販売可能性はダーリントンでの拡張のためだったが、これは2009年にキャンセルされた。
この設計では同様に1~2%程度に濃縮された、低濃縮ウラン(slightly enriched uranium)の使用を要求する。その主な理由は燃焼率を上げて、(燃料)束を原子炉内により長く留まらせ、使用済み燃料を3分の1しか生成しないようにするためである。同様にこれは給油頻度が減少するため、運用コストとタイムテーブルに影響を与える効果がある。以前のCANDU設計と同様に、ACR-1000もオンライン燃料補給を提供する。
原子炉外では、ACR-1000に資本コストと運用コストを大幅に削減することが期待される多くの設計変更が加えられている。これらの変更点の主なものは60年の設計寿命であり、プラント寿命にわたって発電価格を劇的に引き下げる。この設計では90%の予想設備利用率も備える。高圧蒸気発生器とタービンは原子炉下流の効率を改善する。
運用設計変更の多くは既存のCANDU-6にも適用され強化されたCANDU-6を生み出した。これはCANDU-6eまたはEC-6とも呼ばれ、1基あたりグロス出力740 MWeを備えるCANDU-6設計の進化的アップグレードであった。原子炉は50年以上の寿命を持ち、例えば燃料チャンネルのような主要コンポーネントの一部を交換する中年プログラムを備えるよう設計されている。計画された平均年間設備利用率は90%以上である。 (モジュラー、オープントップ・アセンブリを含む) 建設技術の改善により、建設コストが削減される。CANDU-6eは以前の設計よりもはるかに優れ、需要負荷に合わせて調整できるよう50%という低電力設定で動作するように設計されている。