核反应堆和核电站1

三.核反应堆和核电站1.热中子堆和快中子堆2.热中子堆的基本组成3.反应堆实现自持链式反应的临界条件4.核电站5.核电站作为一种新能源的特点6.核裂变弹（原子弹）7.加强弹、氢弹和中子弹8.受控热核反应1热中子堆和快中子堆什么是热中子？

20°C下，E0.025eV,v2200米/秒，裂变中子能量大部分在1~2MeV范围；中子通过和介质中原子核碰撞，逐步“慢化”，直到能量和介质中的热运动达到平衡，变成“热中子”。热中子和物质原子核的作用“截面”比快中子的大。（所谓“截面”就是当单位面积上每秒钟有一个粒子打来时，引起反应的“有效面积”，即“概率”。）原因：1）1/v

律；2）共振效应。主要由热（快）中子起作用的核反应堆，叫做热（快）中子堆。由于热中子堆所需的核燃料（铀或钚）较少，并且较易控制，所以现在核电站使用的反应堆大都是热中子堆。快中子堆需要装进更多的核燃料，但可利用来增殖钚，加深核燃料的利用率。原子弹。2热中子堆的基本组成热中子堆中释放能量的核芯部分称为“堆芯”；整个堆芯（连同周围的“反射层”）密封在“压力容器”中；容器外是“屏蔽层”和“安全壳”。堆芯中装有：

1）核燃料：低浓缩铀，235U占3%左右（天然铀中，235U仅占约0.7%,其余~99.3%是不能由热中子引起裂变的238U；但238U吸收中子变成239U后，经过两次b-衰变，可变成易裂变的239Pu）。2）慢化剂：为使裂变中子慢化成热中子，需要用质子数小的物质（如水，重水，石墨等）组成慢化剂；因为中子与质量越小的核相碰，损失的动能越大，因而慢化的效果越好。随着所使用的慢化剂，反应堆可分为水堆、重水堆、石墨堆等类型。3）冷却剂：水、重水或氦。4）结构材料5）调节控制系统（Cd，B）压水堆核电站示意图3反应堆实现自持链式反应的临界条件设：1）h=235U,每吸收1个中子所放出裂变中子的平均数；2）P=中子不从反应堆中泄露出去的概率；3）q=反应堆中中子被235U吸收而不被其他物质吸收的概率=中子利用效率；反应堆尺寸越大，P越大（越接近与1），堆中其它物质（特别是容易吸收中子的物质）越少，q越大（越接近于1）。反应堆的有效增殖系数：ke=hPq=k

P，

k

=hq，是无穷大系统（P=1）中的增殖系数。4）临界条件：ke=1，链式反应平稳自持。次临界：ke<1，功率下降；超临界：ke>1，功率上升。5）临界状态、临界尺寸、临界质量可证明：临界尺寸

L为中子徙动长度临界体积临界质量，r是堆中物质的平均密度。6）1942年12月2日，在费米领导下，美国芝加哥大学建成了世界上第一座人工核反应堆。世界第一座核反应堆

（天然铀52吨、高纯石墨1000多吨，总重1400吨）4核电站核电站的核心装置是提供核能的反应堆，堆中释放的能量要利用载热流体（水、氦气、液态金属）通过第一回路带到热交换器，再通过热交换器，加热工作物质，由第二回路送到涡轮发电机。1954年，在库尔恰托夫的主持下，苏联建成了世界上第一座核电站——奥布灵斯克5MW石墨水冷堆核电站。从此人类进入了核电时代。这种类型的核电站目前只在原苏联和东欧少数国家使用。1957年，美国的希平港压水堆核电站投入运行，这种核电站安全性能较好，目前世界各国的核电站有70%以上属于这种类型。我国投入运行的秦山核电站、广东大亚湾核电站、在建的秦山二期、岭澳、田湾核电站也是。秦山核电站1960年，美国的德累斯顿沸水堆核电站投入运行，它主要由沸水堆本体、蒸汽给水系统和其它辅助系统组成。目前这种类型的核电站所占比例仅次于压水堆核电站，我国目前没有这种类型的核电站。1968年，加拿大角坎杜堆核电站运行，它由重水堆本体、一次冷却回路、二次回路及其它辅助系统组成。目前，这种类型核电站所站比例排在第三位，我国在建的秦山三期核电站即属这种类型。1974年，法国建成了“凤凰”示范