核电站基础知识

1、核电站概括核电站是利用原子核裂变所释放的的能量产生电能的发电站。核电站一般分为两局部：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛包括反响堆装置和一回路系统和利用蒸汽发电的常规岛包括汽轮发电机系统。核电站使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。现在使用最普遍的民用核电站大都是压水反响堆核电站，它的工作原理是：用铀制成的核燃料在反响堆内进展裂变并释放出大量热能；高压下的循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内生成蒸汽，推动发电机旋转。中国现有的核电站包括： 秦山核电站运营中大亚湾核电站运营中岭澳核电站运营中田湾核电站建设中三门核电站建设中核能及其机理原子的组成子都是由带正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的。

2、一个铀-235 原子92 个电子，其原子核由92 143 个中子组成。50 万个原子排列起来相当, 100 330 万30 吨燃料。原子核的构造的质子数即原子序数打算了这个原子属于何种元素，质子数和中子数之和称该原子的质量数。同位素同位素”一词用来确指某个元素的各种原子，它们具有一样的化学性质。 同位素按其质量不同通常分为重同位素(如铀-238、铀-235、铀-234 和铀-233和轻同位素如氢的同位素有氘、氚。核能50 多年前，科学家觉察铀-235 原子核在吸取一个中子以后能分裂，同时放出23 个中子和大量的能量，放出的能量比化学反响中释放出的能量大得多，这就是核裂变能，也就是我们所说的核能

3、。这一原理猎取能量，所不同的是，它是可以把握的。轻核聚变轻核聚变反响。它是取得核能的重要途径之一。在太阳等恒星内部，因压力、温度极高，轻核才有足够的动能去抑制静电斥力而发生持续的聚变。自持的核聚变反响必需在极高的压力和温度下进展，故称为“热核聚变反响”。受控热核聚变反响装置也是应用这一根本原理，它与氢弹的最大不同是，其释放能量是可以被把握的。铀的特性及其能量的释放:除了 0.1的铀-238，铀-235原子核完全裂变放出2700000 1 克-235 完全裂变释2 吨半优质煤完全燃烧时所释放的能量。核能如何释放核能的获得主要有两种途径，即重核裂变与轻核聚变。-235，有一个特性，即当一个中子轰击

4、它的原子核时，它能分裂成两个质量较小的原子核，同时产生23 个中子和核反响堆1. 核反响堆及其组成核反响堆是一个能维持和把握核裂变链式反响，从而实现核能热能转换的装置。核反响堆是核电厂的心脏，核裂变链式反响在其中进展。1942核能利用的纪元。反响堆由堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、把握与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。堆芯中的燃料：反响堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂变材料。自然界自然存在的易于裂变的材料只有-235，它在自然铀中的含量仅有 0.711，另外两种同位素-238-23499.2380.0058，后两种均不易裂变。另外，还有两种利用反响堆或加速器生产出来的裂变材料-233

5、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响堆的燃料。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。把握与保护系统中的把握棒和安全棒：为了把握链式反响的速率在一个预定的 水平上，需用吸取中子的材料做成吸取棒，称之为把握棒和安全棒。把握棒用来补 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，反响堆必需有冷却剂，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，所以有些反响堆中要放入能使中子速度减慢的材料，就叫慢化剂，一般慢

6、化剂有水、重水、石墨等。反射层：反射层设在活性区四周，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，削减中子的泄漏量。屏蔽系统：反响堆四周设屏蔽层，减弱中子及核电站什么是核电站核电站就是利用一座或假设干座动力反响堆所产生的热能来发电或发电兼供热的 动力设施。反响堆是核电站的关键设备，链式裂变反响就在其中进展。目前世界上核电站常用的反响堆有压水堆、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水反响堆。压水反响堆是以一般水作冷却剂和慢化剂，它是参军用堆根底上进展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。核电站工作原理“反响堆”的设备内发生裂变而产生大 量热能，再用

7、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 压水堆核电站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响堆安全而设置的关心系统。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，都具有构造紧凑、安全牢靠、建筑费用低和负荷跟随力量强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料。沸水堆核电站系统有：主系统包括反响堆-给水系统；反响堆关心系统等。重水堆核电站铀作为核燃料。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

8、。加拿大进展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站。快堆核电站中既消耗裂变材料，又生产裂变材料，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、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12-238 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。世界上目前建筑核电站状况50 2022 年中期，世界上436 350676 30 21642 兆瓦。33 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，

9、有的国家 702022 388567 兆瓦。核电站在设计上所实行的安全措施措施。四重屏障：为防止放射性物质外逸设置了四道屏障：裂变产生的放射性物质 90滞留于燃料芯块中；密封的燃料包壳；结实的压力容器和密闭的回路系统；能承受内压的安全壳。多重保护：在消灭可能危及设备和人身的状况时，进展正常停堆；因任何缘由未能正常停堆时，把握棒自动落入堆内，实行自动紧急停堆；如任何缘由 把握棒未能插入，高浓度硼酸水自动喷入堆内，实现自动紧急停堆。核电厂在治理方面实行的安全措施核电厂有着严密的质量保证体系，对选址、设计、建筑、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。到应有的作用。另外对参与核电

10、厂工作的人员的选择、培训、考核和任命有着严格的规定。领取操纵员执照，然后才能上岗，还要进展定期考核，不合格者将被取消上岗资格。核电厂发生自然灾难时，它能安全停闭的地震、海啸、热带风暴、洪水等自然灾难,即使发生了最严峻的自然灾难,反响堆也能安全停闭，不会对当地居民和自然环境造成危害。筑物上，设计要求这时反响堆还是安全的。核电站的纵深防范措施核电站的设计、建筑和运行，承受了纵深防范的原则，从设备上和措施上供给多层次的重叠保护，确保放射性物质能有效地包涵起来不发生泄漏。纵深防范包括以下五道防线：第一道防线：细心设计，细心施工，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

11、要的监视，加强对核电站工作人员的教育和培训，使人人关心安全，人人留意安全，防止发生故障。其次道防线：加强运行治理和监视，准时正确处理不正常状况，排解故障。第三道防线：设计供给的多层次的安全系统和保护系统，防止设备故障和人为过失酿成事故。第四道防线：启用核电站安全系统，加强事故中的电站治理，防止事故扩大。相互支持的各道防线，核电站是格外安全的。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 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。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。

12、核燃料循环 1核工业体系的组成及其流程的提取、燃料元件制造、铀同位素分别、反响堆发电、乏燃料后处理、同位素应用 核燃料循环及其组成核燃料循环是核工业体系中的重要组成局部。所谓核燃料循环是指核燃料的获得、使用、处理、回收利用的全过程。选矿、浸出、沉淀等多种工序、铀的提取、精制、转换、浓缩、元件制造等；后端包括对反响堆辐照以后的乏燃料元件进展铀钚分别的后处理以及对放射性废物处理、贮存 和处置。铀矿地质勘探质条件，说明铀矿床在时间上和空间上分布的规律，运用铀矿床形成和分布的规律指导普查勘探，探明地下的铀矿资源。地壳中的铀，以铀矿物、类质图象形成含铀矿物和吸附状态的形式存在。由于铀的化学性质活泼，所以

13、不存在自然的纯元素。铀矿物主要是形成化合物。目前 170 25-30 种铀矿物具有实际的开采价值。断集中而成的，也是地壳不断演化的结果。查明铀矿床的形成过程，对有效地指导普查勘探具有格外重要的意义。素很多，有矿石品位、矿床储量、矿石技术加工性能、矿床开采条件，有用元素综合利用的可能性和交通运输条件等。其中矿石品位和矿床储量是评价铀矿床的两个主要指标。铀矿普查勘探工作的程序，包括区域地质调查、普查和详查、揭露评价、勘探等相互连接的阶段。同时还伴随-系列的根底地质工作，如地形测量、地质填图、原始资料编录、岩石矿物鉴定、样品的化学和物理分析、矿石工艺试验等。铀矿开采出来，或将铀经化学溶浸，生产出液体

14、铀化合物。铀矿的开采与其它金属矿的开采根本一样，但是由于铀矿有放射性，能放出放射性气体氡气散单个矿体的体积小和形态简单，所以铀矿开采又有一些特别的地方。铀矿开采方法主要有露天开采、地下开采和原地浸出采铀三种方法。 露天开采是按肯定程序先剥离表土和掩盖岩石，使矿石出露，然后进展采矿，这种方法一般用于埋藏较浅的矿体。采的工艺过程比较简单。一般在矿床离地表较深的条件下承受这种方法。解矿石中的有用成分-铀，并将浸出液提取出地表，而不使矿石绕围岩产生位移。这种采铀方法与常规采矿相比，生产本钱低，劳动强度小，但其应用有肯定的局限性，只适用于具有肯定地质、水文地质条件的矿床铀提取工艺铀提取工艺的根本任务是将

15、开采出来的矿厂加工富集成含铀是较高的中间产品， 沉淀等工序。矿厂开采出来后，经过裂开磨细，使铀矿物充分暴露，以便于浸出，然后在肯定的工艺条件下，借助一些化学试剂即浸出剂与其它手段将矿厂中有价值的组分 选择性地溶解出来。有两种浸出方法，即酸法和碱法。浸出液中，不仅铀含量低，而且杂质种类多，含量高，必需将这些杂质去除才能到达核电要求。这一步溶液纯化过程，有两种方法可供选择，离子交换法又称吸 附法沉淀物经洗涤、压滤、枯燥后即得到水冶产品铀化学浓缩物，又称黄饼。浓缩铀生产技术-235 反响堆所要求的铀-235 丰度的铀燃料。现代工业上承受的浓缩方法是气体集中法和离心分别法。浓缩处理是以六氟化铀形式进展

16、的。此外，还有激光法、喷嘴法、电磁分别法、化学分别法等。对铀同位素进展分别，使铀-235 富集。分别后余下的尾料，即含铀-235 0.3的贫化铀可作为贫铀弹的材料等反响堆用的燃料元件经过提纯或同位素分别后的铀，还不能直接用作核燃料，还要经过化学，物理、 机械加工等简单而又严格的过程，制成外形和品质各异的元件，才能供各种反响堆 作为燃料来使用。这是保证反响堆安全运行的一个关键环节。按组分特征，可分为 金属型、陶瓷型和弥散型三种；按几何外形分，有柱状、棒状、环状、板状、条状、球状、棱柱状元件；按反响堆分，有试验堆元件，生产堆元件，动力堆元件包括 核电站用的核燃料组件。核燃料元件种类繁多，一般都由芯

17、体和包壳组成。甚至高压的环境中，因此，芯体要有优良的综合性能。对包壳材料还要求有较小的 热中子吸取截面快堆除外一种高科技含量的技术。乏燃料的后处理量裂变燃料包括未分裂和生的。回收这些贵重的裂变燃料-235，铀-233 和钚以便再制造成的燃料元件或用做核武器装料，是后处理的主要目的。此外， 所产生的超铀元素以及可用作射线源的某些放射性裂变产物如铯-137，锶-90 等的提取，也有很大的科学和经济价值。实行严格的安全防护措施。后处理工艺可分以下几个步骤：冷却与首端处理：冷却将乏燃料组件解体，脱除元件包壳，溶解燃料芯块等。化学分别：即净化与去污过程，将裂变产物从-Pu 中去除出去,然后用溶剂淬取法将

18、铀-钚分别并分别以硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提取出来。通过化学转化复原出铀和钚。通过净化分别制成金属铀或二氧化铀及钚或二氧化钚)。放射性废物处理与处置态和气态的废物，简称为“三废”。在放射性废物中，放射性物质的含量很低，但带来的危害较大。由于放射性不受外界条件如物理、化学、生物方法的影响，在放射性废物处理过程中，除了靠放射性物质的衰变使其放射性衰减外，无非是将放射性物质从废物中分别出来，使浓集放射性物质的废物体积尽量减小，并转变其存在的状态，以达安全处置的目的。对“三废”区分不同状况，实行多级净化、去污、 “三废”处理与处置。例如， 对放射性废液，依据其放射性水平区分为低、中、高放废液，可承受净化处理、水 泥固化或沥青固化、玻璃固化。固化后存放到专用处置场或放入深地层处置库内处 置，使其与生物圈隔离。同位素辐射技术同位素与辐射技术根本内容分类放射性同位素的应用是核能利用的一个重要方面。随着核技术的进展，核反响堆、加速器的不断建筑，核燃料循环体系的建立，为放射性核素的应用供给了日益丰富的物质根底。另一方面，放射性核素应用争辩的开展，又为更经济有效地利用上述设备，综合利用这些“资源”开拓了一条的途径。同位素辐射技术在工业、农业、医学、资源环境、军事科研诸多领域的应用已获得了显著的经济效益、社会效益、环境效益。放射性同位素的制备素制备大体有三种方法：在核反响堆中生