核电基本知识课件

1、核反应堆及其组成1. 核反应堆及其组成    核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能热能转换的装置。核反应堆是核电厂的心脏，核裂变链式反应在其中进行。    1942年美国芝加哥大学建成了世界上第一座自持的链式反应装置，从此开辟了核能利用的新纪元。    反应堆由堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。    堆芯中的燃料：反应堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂变材料。自然界天然存在

2、的易于裂变的材料只有-235，它在天然铀中的含量仅有0.711，另外两种同位素-238和-234各占99.238和0.0058，后两种均不易裂变。    另外，还有两种利用反应堆或加速器生产出来的裂变材料-233和Pu-239。    用这些裂变材料制成金属、金属合金、氧化物、碳化物等形式作为反应堆的燃料。    燃料包壳：为了防止裂变产物逸出，一般燃料都需用包壳包起来，包壳材料有铝、锆合金和不锈钢等。    控制与保护系统中的控制棒和

3、安全棒：为了控制链式反应的速率在一个预定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，称之为控制棒和安全棒。控制棒用来补偿燃料消耗和调节反应速率；安全棒用来快速停止链式反应。吸收体材料一般是硼、碳化硼、镉、银铟镉等。 冷却系统中的冷却剂：为了将裂变的热导出来，反应堆必须有冷却剂，常用的冷却剂有轻水、重水、氦和液态金属钠等。    慢化系统中的慢化剂：由于慢速中子更易引起铀-235裂变，而中子裂变出来则是快速中子，所以有些反应堆中要放入能使中子速度减慢的材料，就叫慢化剂，一般慢化剂有水、重水、石墨等。    反射层：反射层

4、设在活性区四周，它可以是重水、轻水、铍、石墨或其它材料。它能把活性区内逃出的中子反射回去，减少中子的泄漏量。    屏蔽系统：反应堆周围设屏蔽层，减弱中子及剂量。    辐射监测系统：该系统能监测并及早发现放射性泄漏情况。2. 反应堆的结构形式和分类     反应堆的结构形式是千姿百态的，它根据燃料形式、冷却剂种类、中子能量分布形式、特殊的设计需要等因素可建造成各类型结构形式的反应堆。 目前世界上有大小反应堆上千座，其分类也是多种多样。按能普分有由热能中子和快速中子引起裂变的

5、热堆和快堆；按冷却剂分有轻水堆，即普通水堆（又分为压水堆和沸水堆）、重水堆、气冷堆和钠冷堆。按用途分有：（1）研究试验堆：是用来研究中子特性，利用中子对物理学、生物学、辐照防护学以及材料学等方面进行研究；（2）生产堆，主要是生产新的易裂变的材料铀-233、钚-239；（3）动力堆，利用核裂变所产生的热能广泛用于舰船的推进动力和核能发电。反应堆分类情况见下表。3. 研究实验反应堆    是指用作实验研究工具的反应堆，它不包括为研究发展特定堆型而建造的、本身就是研究对象的反应堆，如原型堆，零功率堆，各种模式堆等。研究实验堆的实验研究领域很广泛，包括堆物理，堆

6、工程、生物、化学、物理、医学等，同时，还可生产各种放射性同位素和培训反应堆科学技术人员。研究实验堆种类很多，例如：游泳池式研究实验堆：在这种堆中水既作为慢化剂、反射层和冷却剂，又起主要屏蔽作用。因水池常做成游泳池状的长圆形而得其名。    罐式研究实验堆：由于较高的工作温度和较大的冷却剂流量只有在加压系统中才能实现，因此，必须采取加压罐式结构。    重水研究实验堆：重水的中子吸收截面小，允许采用天然铀燃料，它的特点是临界质量较大，中子通量密度较低。如果要减小临界质量和获得高中子通量密度，就用浓缩铀来代替天然铀。&

7、#160;   此外，还有固体慢化剂研究实验堆、均匀型研究实验堆、快中子实验堆等。4. 生产堆    主要用于生产易裂变材料或其他材料，或用来进行工业规模辐照。生产堆包括产钚堆，产氚堆和产钚产氚两用堆、同位素生产堆及大规模辐照堆，如果不是特别指明，通常所说的生产堆是指产钚堆。 该堆结构简单，生产堆中的燃料元件既是燃料又是生产钚-239的原料。中子来源于用天然铀制作的元件中的-235。-235裂变中子产额为23个。除维持裂变反应所需的中子外，余下的中子被-238吸收，即可转换成Pu-239，平均烧掉一个-235原子可获得0.8

8、个钚原子。也可以用生产堆生产热核燃料氚。用重水型生产堆生产氚要比用石墨生产堆产氚高7倍。5. 动力反应堆    世界上动力反应堆可分为潜艇动力堆和商用发电反应堆。核潜艇通常用压水堆做为其动力装置。商用规模的核电站用的反应堆主要有压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆和快堆等。 压水堆：采用低浓（铀-235浓度约为3）的二氧化铀作燃料，高压水作慢化剂和冷却剂。是目前世界上最为成熟的堆型。沸水堆：采用低浓（铀-235浓度约为3）的二氧化铀作燃料，沸腾水作慢化剂和冷却剂。重水堆：重水作慢化剂，重水（或沸腾轻水）作冷却剂，可用天然铀作燃料，目前达到商用水平的只有加拿

9、大开发的坎杜堆，我国正建一座重水堆核电站。石墨气冷堆：以石墨作慢化剂，二氧化碳作冷却剂，用天然铀燃料，最高运行温度为360，这种堆已有丰富的运行经验，到90年代初期已运行了650个堆年。快中子堆：采用钚或高浓铀作燃料，一般用液态金属钠作冷却剂。不用慢化剂。根据冷却剂的不同分为钠冷快堆和气冷快堆。什么是核电站1. 什么是核电站    核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等。但用的最广泛的是压

10、水反应堆。压水反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂，它是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。2. 核电站工作原理    核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。3. 压水堆核电站    以压水堆为热源的核电站。它主要由核岛和常规岛组成。压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。在核岛中的系统设备主要有压水堆本

11、体，一回路系统，以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统，其形式与常规火电厂类似。4. 沸水堆核电站    以沸水堆为热源的核电站。沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料。沸水堆核电站系统有：主系统（包括反应堆）；蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等。5. 重水堆核电站    以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重

12、水作慢化剂的反应堆，可以直接利用天然铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂，重水堆分压力容器式和压力管式两类。    重水堆核电站是发展较早的核电站，有各种类别，但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站。6. 快堆核电站    由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的核电站。快堆在运行中既消耗裂变材料，又生产新裂变材料，而且所产可多于所耗，能实现核裂变材料的增殖。    目前，世界上已商业运行的核电站堆型，如压水堆、沸水堆、重水堆、

13、石墨气冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂变燃料，即使再利用转换出来的钚-239等易裂变材料，它对铀资源的利用率也只有12，但在快堆中，铀-238原则上都能转换成钚-239而得以使用，但考虑到各种损耗，快堆可将铀资源的利用率提高到6070。7. 世界上目前建造核电站情况    核电自50年代中期问世以来，目前已取得长足的发展。到1999年中期，世界上共有436座发电用核反应堆在运行，总装机容量为350676兆瓦。正在建造的发电反应堆有30座，总装机容量为21642兆瓦。    目前世界上有33个国家和地区有核电厂发电

14、，核发电量占世界总发电量的17，其中有十几个国国家和地区核电发电量超过各种的总发电量的四分之一，有的国家超过70。据资料估计，到2005年核电厂装机容量将达到388567兆瓦。8. 核电站在设计上所采取的安全措施    为了确保压水反应堆核电厂的安全，从设计上采取了所能想到的最严密的纵深防御措施。    四重屏障：为防止放射性物质外逸设置了四道屏障：1.裂变产生的放射性物质90滞留于燃料芯块中；2.密封的燃料包壳；3.坚固的压力容器和密闭的回路系统；4.能承受内压的安全壳。   

15、60;多重保护：在出现可能危及设备和人身的情况时，1.进行正常停堆； 2.因任何原因未能正常停堆时，控制棒自动落入堆内，实行自动紧急停堆；3.如任何原因 控制棒未能插入，高浓度硼酸水自动喷入堆内，实现自动紧急停堆。9. 核电厂在管理方面采取的安全措施    核电厂有着严密的质量保证体系，对选址、设计、建造、调试和运行等各个阶段的每一项具体活动都有单项的质量保证大纲。    另外，还实行内部和外部监查制度，监督检查质量保证大纲的实施情况和是否起到应有的作用。另外对参加核电厂工作的人员的选择、培训、考核和任命有着严格的

16、规定。领取操纵员执照，然后才能上岗，还要进行定期考核，不合格者将被取消上岗资格。10. 核电厂发生自然灾害时，它能安全停闭    在核电厂设计中，始终把安全放在第一位，在设计上考虑了当地可能出现的最严重的地震、海啸、热带风暴、洪水等自然灾害,即使发生了最严重的自然灾害,反应堆也能安全停闭，不会对当地居民和自然环境造成危害。    在核电厂设计中甚至还考虑了厂区附近的堤坝坍塌、飞机附毁、交通事故和化工厂事故之类的事件，例如一架喷气式飞机在厂区上空坠 毁，而且碰巧落到反应堆建筑物上，设计要求这时反应堆还是安全的。11.

17、 核电站的纵深防御措施    核电站的设计、建造和运行，采用了纵深防御的原则，从设备上和措施上提供多层次的重叠保护，确保放射性物质能有效地包容起来不发生泄漏。纵深防御包括以下五道防线：第一道防线：精心设计，精心施工，确保核电站的设备精良。有严格的质量保证系统，建立周密的程序，严格的制度和必要的监督，加强对核电站工作人员的教育和培训，使人人关心安全，人人注意安全，防止发生故障。 第二道防线：加强运行管理和监督，及时正确处理不正常情况，排除故障。 第三道防线：设计提供的多层次的安全系统和保护系统，防止设备故障和人为差错酿成事故。 第四道防线：启用核电站安全系

18、统，加强事故中的电站管理，防止事故扩大。 第五道防线：厂内外应急响应计划，努力减轻事故对居民的影响。 有了以上互相依赖相互支持的各道防线，核电站是非常安全的。 12核电站废物严格遵照国家标准，对人民生活不会产生有害影响    核电厂的三废治理设施与主体工程同时设计，同时施工，同时投产，其原则是尽量回收，把排放量减至最小，核电厂的固体废物完全不向环境排放，放射性液体废物转化为固体也不排放；像工作人员淋浴水、洗涤水之类的低放射性废水经过处理、检测合格后排放；气体废物经过滞留衰变和吸附，过滤后向高空排放。    核电厂废

19、物排放严格遵照国家标准，而实际排放的放射性物质的量远低于标准规定的允许值。所以，核电厂不会对给人生活和工农业生产带来有害的影响。核能基本知识(一)压水堆核电站 以压水堆为热源的核电站。它主要由核岛和常规岛组成。压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。在核岛中的系统设备主要有压水堆本体，一回路系统，以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统，其形式与常规火电厂类似。 沸水堆核电站 以沸水堆为热源的核电站。沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧

20、凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料。 沸水堆核电站系统有：主系统（包括反应堆）；蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等。 重水堆核电站 以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重水作慢化剂的反应堆，可以直接利用天然铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂，重水堆分压力容器式和压力管式两类。 重水堆核电站是发展较早的核电站，有各种类别，但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站。 快堆核电站 由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的核电站。快堆在运行中既消耗裂变材料，又生产新裂变材料，而且所产可多于所耗，能实现核裂变材料的增殖。

21、 目前，世界上已商业运行的核电站堆型，如压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂变燃料，即使再利用转换出来的钚-239等易裂变材料，它对铀资源的利用率也只有12，但在快堆中，铀-238原则上都能转换成钚-239而得以使用，但考虑到各种损耗，快堆可将铀资源的利用率提高到6070。        核电基本知识1.什么是核能世界上一切物质都是由原子构成的，原子又是由原子核和 它周围的电子构成的。轻原子核的融合和重原子核的分裂 都能入出能量，分别称为核聚变能和核裂变能，简称核能。 本书内提到的核能是指核裂变能

22、。 前面提到核电厂的燃料是铀。铀是一种重金属元素，天然 铀由三种同位素组成： 铀235 含量0.71% 铀238 含量99.28% 铀234 含量0.0058% 铀235是自然界存在的易于发生裂变的唯一核素。当一个中子轰击铀235原子核时，这个原子核能分裂成两 个较轻的原子核，同时产生2到3个中了和射线，并放出能 量。如果新产生的中子又打中另一个铀235原子核，硬引 起新的裂变。在链式反应中，能量会源源不断地释放出来。铀235裂变放出多少能量呢？请记住一个数字，即 1千克铀235全部裂变放出的能量相当于2700吨标准煤燃 烧放出的能量。2.核反应堆原理反应堆是核电站的关键设计，链式裂变反应就在

23、其中进行。 反应堆种类很多，核电站中使用最多的是压水堆。 压水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指头大的烧结二 氧化铀芯块，装到锆合金管中，将三百多根装有芯块的锆 合金管组装在一起，成为燃料组件。大多数组件中都有一 束控制棒，控制着链式反应的强度和反应的开始与终止。 压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件，吸 收了核裂变产生的热能以后流出反应堆，进入蒸汽发生器， 在那里把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽送去发电， 而主冷却剂本身的温度就降低了。从蒸汽发生器出来的主 冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。冷却剂的这一循环通 道称为一回路，一回路高压由稳压器来维持和调节。 3.什么是核电站 火力

24、发电站利用煤和石油发电，水力发电站利用水力发电， 而核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型发 电站核电站大体可分为两部分：一部分是利用核能生产蒸 汽的核岛、包括反应堆装置和一回路系统；另一部分是利 用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统。 核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的 核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量 热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器 内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就 源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是 最普通的压水反应堆核电站的工作原理。 在发达国家，核电已有几十年的发展历史，核电已成为一 种

25、成熟的能源。我国的核工业已也已有40多年发展历史， 建立了从地质勘察、采矿到元件加工、后处理等相当完整 的核燃料循环体系，已建成多种类型的核反应堆并有多年 的安全管理和运行经验，拥有一支专业齐全、技术过硬的 队伍。核电站的建设和运行是一项复杂的技术。我国目前 已经能够设计、建造和运行自己的核电站。秦山核电站就 是由我国自己研究设计建造的。4.什么是核电厂电是电厂生产出来的。我们知道有烧煤或石油的火力发电 厂，有靠水力发电的水电站，还有一些靠风力、太阳能、 地热、潮汐能、波浪能、沼气生产电力的小型或实验性发 电装置。核电厂就是一种靠原子核内蕴藏的能量，大规模 生产电力的新型发电厂。 核电厂用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的 核燃料在一种叫做“反应堆”的设备内发生裂变而产生大 量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生 器内产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是最普通 的压水反应堆核电厂的工作原理。5.什么是放射性 约在100年前，科学家发现某些物质能