核反应堆原理

核反响堆原理核反响堆原理原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与中子组成。当铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸取一个2—3这裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起的裂变。如此持续进展就是裂变的链式反响。链式反响产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避开反响堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气，推动气轮机发电。由此可知，核反响堆最根本的组成是裂变原子核＋热载体。但是只有这两项是不能工作的。由于，高速中子会大量飞散，这就需要使中子减速增加与原子核碰撞的时机；核反响堆要依人的意愿打算工作状态，这就要有掌握设施；铀及裂变产物都有强放射性，会对人造成损害，因此必需有牢靠的防护措施综上所述：核反响堆的合理构造应当是：核燃料＋慢化剂＋热载体＋掌握设施＋防护装置。还需要说明的是，铀矿石不能直接做核燃料。铀矿石要经过精选、碾碎、酸浸、浓缩等程序，制成有肯定铀含量、肯定几何外形的铀棒才能参与反响堆工作。热堆的概念：中子打入铀－235的原于核以后，原子核就变得不稳定，会分裂成两个较小质量的原子核，这是核的裂变反响，放出的能量叫裂变能；产生巨大能量的同时，还会放出2～3个中子和其它射线。235核，引起的核裂变，的裂变又产生的中子和裂变能，如此不断持续下去，就形成了链式反响利用原子核反响原理建筑的反响堆需将裂变时释放出的中子减速后，再引起的核裂变，由于中子的运动速度与分子的热运动到达平衡状态，这种中子被称为热中子。堆内主要由热中子引起裂变的反响堆叫做热中子反响堆〔简称热堆〕。热中子反响堆，它是用慢化剂把快中子速度降低，使之成为热中子〔或称慢中子〕，再利用热中子来进展链式反响的一种装置。由于热中子更简洁引起铀－235等裂变，这样，用少量裂变物质就可获得链式裂变反响。慢化剂是一些含轻元素而又吸取中子少的物质，如重水、铍、石墨、水等。热中子堆一般都是把燃料元件有规章地排列在慢化剂中，组成堆芯。链式反响就是在堆芯中进展的。反响堆必需用冷却剂把裂变能带出堆芯。冷却剂也是吸取中子很少的物质。热中子堆最常用的冷却剂是轻水〔一般水〕、重水、二氧化碳和氦气。核电站的内部它通常由一回路系统和二回路系统组成。反响堆是核电站的核心。反响堆工作时放出的热能，由一回路系统的冷却剂带出，用以产生蒸汽。因此，整个一回路系统被称为“核供汽系统”，它相当于火电厂的锅炉系统。为了确保安全，整个一回路系统装在一个被称为安全壳的密闭厂房内，这样，无论在正常运行或发生事故时都不会影响安全。由蒸汽驱动汽轮发电机组进展发电的二回路系统，与火电厂的汽轮发电机系统根本一样。轻水堆――压水堆电站自从核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主要有以下三种：轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它们相应地被用到三种不同的核电站中，形成了现代核发电的主体。目前，热中子堆中的大多数是用轻水慢化和冷却的所谓轻水堆。轻水堆又分为压水堆和沸水堆。压水堆核电站压水堆核电站的一回路系统与二回路系统完全隔开，它是一个密闭的循环系统。该核电站的原理流程为：主泵将高压冷却剂送入反响堆，一般冷120～160在高压状况下，冷却剂的温度即使300℃多也不会汽化。冷却剂把核燃料放出的热能带出反响堆，并进入蒸汽发生器，通过数以千计的传热管，把热量传给管外的二回路水，使水沸腾产生蒸汽；冷却剂流经蒸汽发生器后，再由主泵送入反响堆，这样来回循环，不断地把反响堆中的热量带出并转换产生蒸汽。从蒸汽发生器出来的高温高压蒸汽，推动汽轮发电机组发电。做过功的废汽在冷凝器中分散成水，再由分散给水泵送入加热器，重加热后送回蒸汽发生器。这就是二回路循环系统。压水堆由压力容器和堆芯两局部组成。压力容器是一个密封的、又厚又重的、高达数十米的圆筒形大钢壳，所用的钢材耐高温高压、耐腐蚀，用来推动汽轮机转动的高温高压蒸汽就在这里产生的。在容器的顶部设置有掌握棒驱动机构，用以驱动掌握棒在堆芯内上下移动。堆芯是反响堆的心脏，装在压力容器中间。它是燃料组件构成的。正如锅炉烧的煤块一样，燃料芯块是核电站“原子锅炉”燃烧的根本单元。这种芯块是由二氧化铀烧结而成的，含有 2～4%的铀－235，呈小圆柱形，直径为9.3毫米。把这种芯块装在两端密封的锆合金包壳管中，成为一根长约4米、10把200多根燃料棒按正方形排列，用定位格架固定，组成燃料组件。每个堆芯一般由121个到193个组件组成。这样，一座压水堆所需燃料棒几万根，二氧化铀芯块1千多万块堆芯。此外，这种反响堆的堆芯还有掌握棒和含硼的冷却水〔冷却剂〕。掌握棒用银铟镉材料制成，外面套有不锈钢包壳，可以吸取反响堆中的中子，它的粗细与燃料棒差不多。把多根掌握棒组成棒束型，用来掌握反响堆核反响的快慢。假设反响堆发生故障，马上把足够多的掌握棒插入堆芯，在很短时间内反响堆就会停顿工作，这就保证了反响堆运行的安全。轻水堆沸水堆电站沸水堆核电站沸水堆核电站工作流程是：冷却剂〔水〕从堆芯下部流进，在沿堆芯上升的过程中，从燃料棒那里得到了热量，使冷却剂变成了蒸汽和水的混合物，经过汽水分别器和蒸汽枯燥器，将分别出的蒸汽来推动汽轮发电机组发电。沸水堆是由压力容器及其中间的燃料元件、十字形掌握棒和汽水分别器等组成。汽水分别器在堆芯的上部，它的作用是把蒸汽和水滴分开、防止水进入汽轮机，造成汽轮机叶片损坏。沸水堆所用的燃料和燃料组件与压水堆一样。沸腾水既作慢化剂又作冷却剂。沸水堆与压水堆不同之处在于冷却水保持在较低的压力〔约为70个大气压〕下，水通过堆芯变成约285℃的蒸汽，并直接被引入汽轮机。所以，沸水堆只有一个回路，省去了简洁发生泄漏的蒸汽发生器，因而显得很简洁。总之，轻水堆核电站的最大优点是构造和运行都比较简洁，尺寸较小，造价也低在核反响中，用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子，被轰击的原子核称为靶核，核反响放射的粒子称为出射粒子，反响生成的原子核称为剩余核或产物核。入射粒子a轰击靶核A，放射出射粒子b并生成剩余核B的核反响可用以下方程式表示：A+a→B+b或简写为：A(a,b)B假设a、b为同种粒子，则为散射，并依据剩余核处于基态还是激发态而分为弹性散射和非弹性散射，用A(a,a)A和A(a,a′)A*表示，给定的入射粒子和靶核能发生的核反响往往不止一种。每一种核反响称为一个反响道。反响道由入射道和出射道构成。入射粒子和靶核组成入射道，出射粒子和剩余核组成出射道。同一入射道可以有假设干出射道，同一出射道也可以有假设干入射道。发生某种核反响的几率用核反响截面来表征。只有满足质量数、电荷、能量、动量、角动量和宇称等守恒条件，核反响才能发生，相应的反响道称为开放的，或简称开道，反之为闭道。核反响过程总是伴随着能量的吸取或释放，前者称为吸能反响，反者称为放能反响。反响能常用Q表示，等于反响后与反响前体系动能之差，可标明在核反响方程式中，例如：3H+2H→4He+n+QQ=17.6MeV对于吸能反响，仅当入射粒子的动能高于阈能〔Eth〕时才能引起核反响。核反响按其本质来说是质的变化，但它和一般化学反响有所不同。化学反响只是原子或离子的重排列组合，而原子核不变。因此，在化学反响里，一种原子不能变成另一种原子。核反响乃是原子核间质点的转移，致使一种原子转化为它种原子，原子发生了质变。核反响的能量效应要比化学反响的大得多。核反响能常以兆电子伏计量，而化学反响能一般只有几个电子伏。例如：核反响不是通过一般化学方法所能实现的，而是用到很多近代物理学的试验技术和理论。首先要用人工方法产生高能量的核“炮弹”，如氦原子核、氢原子核、氘原子核等，利用这些“炮弹”猛烈撞击别的原子核，从而引起核反响。各种各样的，都是为了人工产生带电的高能粒子用做核“炮弹”来进展核反响的。当1932年人们觉察中子后，不但对原子核的构造有了正确的生疏，而且觉察中子是一种型的核“炮弹”。由于中子不带电荷，它和原子核之间不存在电排斥力，因而用它来产生核反响时，比用带电的其他高能粒子效果好得多。一些工厂有核反响堆。核反响通常分为四类：衰变、粒子轰击、裂变和聚变。前者为自发发生的核转变，而后三种为人工核反响〔即用人工方法进展的非自发核反响〕。定义①我们来分析一下“原文”中对“核反响”的定义:“原子核在其它粒子的轰击下产生原子核的过程,称为核反响”.这个定义明显是有肯定局限性的,实际上描述的是另外一种原子核反响类型——原子核的人工转变(包括重核裂变等)。②像铀、钍和镭这些放射性元素,原子核内的质子和中子可以连续地由高能排列变成低能排列,这就称为“核反响”,释放出来的多余能量叫做“原子核能[1]”。③当用肯定能量的人射核子去轰