Кипящие также используют воду в качестве замедлителя и теплоносителя, но в режиме кипения, что отражается на их эксплуатационных характеристиках. При охлаждении кипящей водой снижаются критические тепловые нагрузки, особенно при давлениях свыше 6 МПа, в связи с чем внутрикорпусное давление ограничено значениями 6-7 МПа.
Массовое паросодержание теплоносителя на выходе из реактора составляет обычно 10-20 %. Дальнейшее увеличение его нецелесообразно вследствие существенного усложнения сепарационных устройств, необходимых для ограничения влажности пара, направляемого на турбину. Основным отличием тепловой схемы энергетической установки с кипящим корпусным реактором является, таким образом, отсутствие ПГ: установка одноконтурная, реакторный объем непосредственно сообщается с паропроводами турбогенераторного зала. Охлаждение активной зоны двухфазным теплоносителем с меньшей плотностью в сравнении с некипящей водой вынуждает увеличивать объемную долю воды по отношению к топливу, а снижение эффективности теплообмена — снижать энерговыделение в топливе и тепловую нагрузку на твэлы. Это приводит к увеличению объема активной зоны и размеров реакторного корпуса.
Рост паросодержания в теплоносителе по мере его движения в активной зоне снизу вверх увеличивает осевую неравномерность энерговыделения, а повышенное гидравлическое сопротивление центральной части зоны, где генерация пара максимальна, приводит к радиальным растечкам теплоносителя и увеличению неравномерности энерговыделения по радиусу, что в целом снижает среднее значение тепловых нагрузок и вызывает дополнительные трудности выравнивания энерговыделения. Пониженные эксплуатационные параметры кипящих реакторов и увеличенные размеры активной зоны позволяют использовать твэлы больших диаметров (до 15 мм) с топливом относительно низкого обогащения (массовая доля 235U 2-3 %).
Схема работы атомной электростанции с кипящим реактором: 1. Корпус реактора; 2. Тепловыделяющие сборки 3. Стержни управления и защиты 4. Циркуляционные насосы 5. Приводы стержней СУЗ 6. Пар на турбину 7. Подпиточная вода 8. Цилиндр высокого давления турбины 9. Цилиндр низкого давления турбины 10. Турбогенератор 11. Возбудитель 12. Конденсатор 13. Охлаждающая вода конденсатора 14. Подогреватель подпиточной воды 15. Питательный насос 16. Конденсатный насос 17. Железобетонное ограждение 18. Подключение к сети
В целях выравнивания энерговыделения в активной зоне приходится применять профилирование обогащения топлива как по радиусу, так и в каждой отдельной ТВС с понижением обогащения топлива в твэлах внешнего ряда. Снижение обогащения во внешнем ряду твэлов связано с применением в кипящих реакторах ТВС четырехугольного сечения и поглощающих стержней крестообразного сечения, двигающихся в заполненных водой зазорах между ТВС, поскольку при извлечении стержня в пространстве между ТВС возникает всплеск нейтронного поля. В силу этого приходится также пользоваться большим числом ТВС (до 850 на одну зону), содержащих обычно 64 твэла (в квадратном сечении 8×8). Вследствие того, что плотность замедлителя максимальна в нижней части активной зоны, поглощающие стержни системы СУЗ вводятся в активную зону снизу, чем достигается повышение эффективности СУЗ и выравнивание энерговыделения.
В усовершенствованных корпусных кипящих реакторах все реакторное оборудование располагается внутри реакторного корпуса. Над активной зоной располагаются высокоэффективные сепараторы пара, а внизу под активной зоной — циркуляционные насосы. Такая конструкция наиболее экономична и безопасна. Однако перегрузка ТВС реактора, которая производится сверху при полностью остановленном реакторе, требует не только удаления верхней крышки корпуса, но и извлечения паросепараторов. В нашей стране корпусные ядерные реакторы, охлаждаемые кипящей водой, пока не применяются.
Предпринимались попытки создания корпусных реакторов, охлаждаемых тяжелой кипящей водой, позволяющей уменьшить расход природного урана (например, реактор ’’Марвикен” в Швеции). Однако распространения такие реакторы по разным причинам не получили: мала замедляющая способность тяжелой воды, необходимо увеличение размеров активной зоны, необходима двухконтурная схема, поскольку тяжеловодный пар, содержащий значительное количество трития, не может быть подан непосредственно на .