核反应堆物理绪论

裴洋核能发电教研室

核反应堆物理基础绪论核反应堆物理vs.核物理

ReactorPhysicsvs.NuclearPhysicsPhysics（物理）：研究物质运动最一般的规律和物质的基本结构等。NuclearPhysics(核物理)：研究微观物质世界运动规律及基本结构。ReactorPhysics(核反应堆物理)Neutronics，又称为“中子学”工程物理，研究反应堆内中子行为的科学，是反应堆专业的核心专业基础课，是反应堆屏蔽、热工、安全、控制、材料辐照损伤分析等的工作的基础之一。核反应堆物理核心内容：核反应堆物理的基础：扩散理论/扩散方程(输运理论/输运方程)+临界理论能量变量：分群理论空间变量：栅格的非均匀效应与均匀化群常数计算时间变量反应堆动态学(反应性/功率随时间缓慢变化)：燃耗、裂变产物中毒反应堆中子动力学(反应性/功率随时间快速变化)：反应堆动力学模型(考虑缓发中子效应)常见的核装置核反应堆裂变反应堆聚变反应堆(惯性约束聚变反应堆、磁约束聚变反应堆)聚变-裂变混合堆加速器研究用加速器医用加速器工业用加速器放射源天然放射源人工放射源核武器第1/2代核武器：原子弹、氢弹、中子弹第3代核武器：伽玛射线弹、电磁脉冲弹等按核反应堆的功能来区分：生产堆动力堆研究堆按核反应堆的工作原理来区分：轻水堆（包括压水堆和沸水堆）重水堆气冷堆快中子增殖堆聚变堆核反应堆的分类

核反应堆基本工作原理核反应有聚变反应和裂变反应核燃料：铀-235、铀-233、钚-239235U+1n→140Ba+94Kr+21n+200MeV每1g铀裂变所释放出来的能量相当于2800kg标准煤燃烧时发出来的总能量。每产生100万千瓦的热功率，则每天需要消耗1.22千克的铀-235。Copyright7释放出大量能量；裂变过程和裂变产物会产生放射性；裂变反应终止后，裂变产物在衰变过程中会继续释放热量，即衰变热；核裂变是目前获取核能的主要方式。核裂变反应Copyright8两个较轻的原子核（如氘和氚）在一定条件下聚合成较重原子核（如氦）并释放出大量能量；核聚变不产生放射性；核聚变的原料丰富（可取自海水）；核聚变是未来理想的能源获取方式。核聚变反应核电站核电站：利用原子能内部蕴藏的能量大规模生产电力的新型发电站常见的压水堆包括两部分：利用核能产生蒸汽的核岛：核反应堆+一回路系统利用蒸汽发电的常规岛：汽轮机发电机系统等(与普通电厂类似)秦山核电站大亚湾核电站田湾核电站压水核反应堆系统堆型代表是美国西屋公司的PWR和苏联/俄罗斯的VVER；使用富集铀（2%～4.4%），以轻水（H2O）为冷却剂和慢化剂，水在堆内保持液态（155bar，310℃）；体积紧凑，固有安全性好，是目前世界上运行数量最多的堆型（约65%）。核反应堆系统:一回路系统核反应堆堆本体Copyright13沸水堆堆型代表是通用电气的BWR和苏联/俄罗斯的LWGR；BWR现主要由通用—日立核能公司开发；LWGR已不再开发应用；使用富集铀，以轻水（H2O）为冷却剂和慢化剂，水在堆内沸腾产生蒸汽（75bar，285℃）；早期沸水堆安全壳容积小、整体性好、系统设备简洁、成本竞争性强、产生的蒸汽带有放射性；是目前世界上仅次于压水堆的堆型（约23%）。BWR反应堆RMBK反应堆BWR燃料组件其它主要堆型介绍Copyright14代表堆型是加拿大原子能公司开发的坎杜堆（CANDU）；使用天然铀或乏燃料，以重水（D2O）为慢化剂和冷却剂，重水在堆内保持液态；重水成本高、可不停堆换料。重水堆原理图重水堆燃料组件直径：10cm长度：50cm重水堆Copyright15气冷堆堆型代表是英国卡德蒙尔核电站；以氦气或二氧化碳为冷却剂，石墨为慢化剂，早期（Magnox）使用天然铀，后期改进型（AGR）使用富集铀；可产生19.0MPa，535℃的高温高压过热蒸汽；较高固有安全性、燃料转换比高、燃耗深、热效率高、用途广泛；体积大，功率小。GCR（Magnox）原理图AGR（改进气冷堆）原理图Copyright16快中子堆不需要慢化剂，以金属作为冷却剂，以浓缩铀235为原料，通过快中子使燃料中的铀238转化为钚239，并使产生大于消耗，实现燃料的不断增殖，一般选用混合燃料（MOX）；使铀资源利用率提高至60%以上，放射性废物最小化。

第四代可选堆型之一；1951年，美国建成世界第一座试验快堆（EBR1），法国则首先实现商业化运行（凤凰堆）；Copyright17中国第一座实验验快中子反应堆法国超凤凰快堆（1973-2009）中国实验快堆（CEFR）实验堆热功率65MW，，2011年7月21日首次并网发电。Copyright18核聚变堆人类未来理想的能源消费方式；国际热核聚变实验堆（ITER）是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克装置，俗称“人造太阳”。“ITER”项目由欧盟、俄罗斯、日本、印度、韩国、中国、美国七个国家和组织组成，是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。ITER的托克马克装置ITER项目方投资份额19核电是否安全？核电站会不会像原子弹那样爆炸？核燃料的有效成分为235U或239Pu，而235U或239Pu同样是原子弹的核炸药那核电站会不会像原子弹那样爆炸？？不必担心，绝对没有这种可能！

“啤酒烧不着”

反应堆有内在的安全特性及多重安全保护系统

发生核爆炸并不简单压水堆核电站防止放射性物质外泄的三道屏障辐