新能源发电技术 电子课件 2.4 核电站的安全基础

2.4核电站的安全基础任课老师：于立军2019年03月目录Contents2.4.1辐射及其危害2.4.2反应堆的固有安全性2.4.3核电站安全性2.4.4核电站安全事故目录Contents2.4.1辐射及其危害2.4.2反应堆的固有安全性2.4.3核电站安全性2.4.4核电站安全事故2.4.1.1天然辐射与人工辐射核电站潜在危险性辐射危害不稳定核素天然辐射释放带电粒子形成稳定核素人工辐射2.4.1.1天然辐射与人工辐射γ射线β射线α射线穿透能力极弱，电离能力极强防止吸入被污染的空气和食入被污染的食物、防止伤口被污染穿透能力中等，电离能力中等防止直接接触应对β射线，楼房是很好的屏蔽体穿透能力极强，电离能力极弱尽可能减少受辐射的时间，远离辐射源天然放射性同位素放射的射线2.4.1.1天然辐射与人工辐射本底辐射/天然辐射人工辐射辐射无处不在人类在自然界这种辐射环境下生存和发展低水平的辐射不会对人类造成危害核工业过程中产生、使用以及排放的放射性物质的照射核技术应用中使用的放射性核素产生射线照射计算机、电视机、手机等用电设备产生的辐射2.4.1.2辐射剂量1.指单位质量的物质吸

收电离辐射的能量2.国际单位是戈瑞（Gy）1Gy=1J/Kg吸收剂量(D)1.在吸收剂量的基础上考虑了人体

受到辐射后产生的生物效应2.是吸收剂量D与辐射的品质因子Q的乘积3.在辐射防护中更常用4.单位称为希沃特（Sv），1Sv=1J/kg当量剂量(H)辐射剂量2.4.1.2辐射剂量100%0.01核电站周围100%0.15水果粮食空气100%0.038~0.075每天吸20支烟100%20放射性工作者职业剂量限值100%0.02胸肺透视一次100%0.75砖房100%0.001每天看一小时电视100%0.005毫希/小时乘坐飞机100%3.7某些高原地区居民生活中受到的天然辐射量单位：毫希/年2.4.1.3辐射危害超过限定值的核辐射对人体产生危害指其对受照者本人产生的影响，如核辐射可能会引起白内障、皮肤良性损伤、骨髓造血障碍、生育能力减退以及血管结缔组织受损等指其对下一代的影响辐射伤害通过两种途径引起放射性核素在生物体外，使生物受到来自外部的射线照射放射性核素进入生物体，使生物受到来自内部的射线照射内(部)辐射外(部)辐射遗传效应躯体效应一般来讲，身体接受的辐射能量越多，其放射病症状越严重。2.4.1.3辐射危害100%100-1000白细胞减少人体本身不会有感觉100%2000-4000骨髓遭到破坏红白细胞极度减少呕吐、出血100%>4000直接导致死亡100%<100无危害100%1000-2000导致轻微射线疾病接

受

当

量

剂

量

与

人

体

的

表

现单位：毫希2.4.1.3辐射危害较长时间超过允许剂量的辐射损伤短时间内大剂量电离辐射引起的放射性损伤随受照剂量的不同，在受照部位可能出现红斑、水肿、干性脱皮和湿性脱皮、起水泡、疼痛、坏死、坏疽或脱发等症状主要出现在急性放射病典型病程的初期，表现为恶心、呕吐、疲劳、发热和腹泻全身外照射损伤局部照射损伤急性放射病慢性放射病核辐射致病按受辐射剂量分类分别导致的病状目录Contents2.4.1辐射及其危害2.4.2反应堆的固有安全性2.4.3核电站安全性2.4.4核电站安全事故2.4.2反应堆固有安全性反应堆本身具有一定的安全性自然安全性非能动的安全性设计所赋予的内在的安全的特性（固有安全性）2.4.2反应堆固有安全性1自然安全性定义：指反应堆内在的自然科学法则的安全性，

事故时能控制反应堆反应性或自动终止裂

变，确保堆芯不熔化自然安全性来自反应堆本身所具有的负反馈效应2.4.2反应堆固有安全性1自然安全性负反馈效应123燃料温度效应(多普勒效应)慢化剂温度效应慢化剂空泡效应2.4.2反应堆固有安全性2非能动的安全性定义：建立在惯性原理、重力法则、热传递法则等

基础上的非能动设备（无源设备）的安全性，

即安全功能的实现无须依赖外部动力1自然安全性2.4.2反应堆固有安全性2非能动的安全性控制棒借助重力落入堆芯实现紧急停堆1自然安全性事故状态，惰性飞轮推动水泵继续工作导出衰变余热利用热水与冷水的密度差建立自然循环导出衰变余热目录Contents2.4.1辐射及其危害2.4.2反应堆的固有安全性2.4.3核电站安全性2.4.4核电站安全事故2.4.3.1安全原则为了保证核电站的安全，现有核电厂的设计、建造和运行贯彻了纵深防御的安全原则：在放射性源与人之间设置多道屏障确保多道屏障有效的多级防御2.4.3.1安全原则1234核燃料芯块燃料元件包壳压力容器和封闭的一回路系统安全壳多道屏障2.4.3.1安全原则1234核燃料芯块燃料元件包壳压力容器和封闭的一回路系统安全壳多道屏障1.耐高温、辐射、腐蚀的二氧化铀陶瓷核燃料2.保留住98%以上的放射性裂变物质3.只有穿透能力较强的中子和γ射线才能辐射出来2.4.3.1安全原则1234核燃料芯块燃料元件包壳压力容器和封闭的一回路系统安全壳多道屏障1.二氧化铀陶瓷芯块被装入包壳管组成了燃料棒2.锆合金燃料元件包壳防止气体裂变产物及裂变碎片的外逸3.逸出的裂变气体，可存于燃料-包壳间隙或燃料元件端部的气隙2.4.3.1安全原则1234核燃料芯块燃料元件包壳压力容器和封闭的一回路系统安全壳多道屏障1.被限制在压力容器与一个或数个一回路环路内流动的2.压力容器与一回路管道组成了又一道屏障2.4.3.1安全原则1234核燃料芯块燃料元件包壳压力容器和封闭的一回路系统安全壳多道屏障1.阻止放射性物质向环境逸散的最后一道屏障2.一般采用双层壳体结构，对放射性物质有很强的防护作用2.4.3.1安全原则多级防御1234第一道防线第二道防线第三道防线第四道防线5第五道防线为达到长期安全运行的目的：要求反应堆及其动力装置的设计必须有内在的自然安全性系统对于损伤必须有最大的耐受性设备必须有冗余度和可检查性以及在投入运行前或整个工作寿期内的可试验性等2.4.3.1安全原则多级防御1234第一道防线第二道防线第三道防线第四道防线5第五道防线要求能及时发现故障和控制异常状况，应能对人身与设备进行安全防护，防止和减小事故产生的危害应有可靠的停堆系统，即当某些控制棒组件故障时，仍能快速停堆另外，电厂还必须有两套独立的重要设备继续工作，带出反应堆的余热2.4.3.1安全原则多级防御1234第一道防线第二道防线第三道防线第四道防线5第五道防线对前两级防御的补充如发生设计基准事故或多重事故，而一些保护系统又同时失效时，必须有另外的专设安全设施投入工作由于专设安全设施的作用，可有效防止燃料的熔化和限制裂变产物的释放2.4.3.1安全原则多级防御1234第一道防线第二道防线第三道防线第四道防线5第五道防线防止和缓解核电厂的严重事故（严重事故是指堆芯遭到严重损坏和熔化，甚至安全壳遭到破坏的事故，将导致放射性物质大量释放到环境）对策包括：减轻安全壳上的载荷和加强安全壳结构来保持安全壳的完整性，采取事故处置措施来阻止事件演变成严重事故，限制放射性物质释放至环境2.4.3.1安全原则多级防御1234第一道防线第二道防线第三道防线第四道防线5第五道防线以核电厂发生严重事故的应急对策为主要内容，以适时采取应急防护措施，保护公众已发展核电的各国均以法规形式对核电厂应急准备有明确要求核电厂的应急计划和准备，均已发生严重事故为基础2.4.3.2专设安全设施人们常用“万无一失”来形容一件事物的安全可靠，而核电站为这极不可能出现的“一失”也做出了周密的准备，这就是专设安全设施安全注射系统安全壳安全壳喷淋系统辅助给水系统2.4.3.2专设安全设施1安全注射系统/应急堆冷却系统当一回路系统破裂引起失水事故时，安全注射系统向堆芯注水，防止堆芯熔化，保持堆芯的完整性当发生主蒸汽管道破裂时，冷却剂由于过度冷却而收缩，稳压器水位下降，安全注射系统向一回路注入高浓度含硼水，水位上升，迅速停堆并防止过冷安全注射系统要求能在不同的压力水平下介入，分三个子系统：高压安全注射系统，蓄压箱注射系统和低压安全注射系统2.4.3.2专设安全设施12安全注射系统/应急堆冷却系统安全壳放射性物质与环境之间的第三道屏障，发生失水事故和主蒸汽管道破裂事故时承受内压，防止或减少放射性物质向环境的释放正常运行时，安全壳对反应堆冷却剂系统的放射性辐射提供物理屏蔽，并限制污染气体的泄露安全壳作为非能动安全设施，能够在寿命期内保持其功能，承受外部事件（如飞机撞击、龙卷风）和内部飞射物及管道甩击的影响2.4.3.2专设安全设施123安全注射系统/应急堆冷却系统安全壳安全壳喷淋系统发生事故或导致主蒸汽管道破裂事故时，从安全壳顶部空间喷洒冷却水，为反应堆降温降压，限制事故后安全壳内的峰值压力，以保证安全壳的完整性在必要时，还可以向喷淋水中加入氢氧化钠，以去除安全壳大气中悬浮的碘和碘蒸气2.4.3.2专设安全设施123安全注射系统/应急堆冷却系统安全壳安全壳喷淋系统辅助给水系统4在主给水系统失效或故障的情况下，辅助给水系统向蒸汽发生器提供给水在反应堆启动时，或在反应堆热备用或热停闭状态，或反应堆冷停闭而余热排除系统尚未投运之前，为蒸汽发生器提供给水当核电厂发生失水事故时，蒸汽管道破裂事故或给水管道破裂事故，主给水系统被切除时，辅助给水系统自动投入2.4.3.3辐射监测与防护123辐射监测厂房辐射监测系统：检测厂房内的放射性物质环境辐射监测系统：检测周围环境的放射性物质保健性物理检测系统：检测工作人员的辐射剂量2.4.3.3辐射监测与防护辐射防护进行辐射监测，掌握工作场所的辐射水平和工作人员受照剂量情况控制辐射源项，降低工作场所的辐射水平根据辐射水平的大小，对放射性厂房进行分区控制设置卫生出入口，严格管理进出控制区的人员和物品010203042.4.3.3辐射监测与防护辐射防护对含有放射性物质的系统、设备进行合理布置，使工作人员尽量远离高辐射区设置屏蔽体对辐射源进行屏蔽来降低外照射设置通风系统保证厂房内合理的气流组织和换气次数，降低空气中的放射性浓度050607目录Contents2.4.1辐射及其危害2.4.2反应堆的固有安全性2.4.3核电站安全性2.4.4核电站安全事故2.4.4.1核泄漏等级标准1级2级3级操作违反安全准则，对外部没有影响严重违反安全准则或者内部可能已有核物质污染扩散，对外部没影响

极小量放射性物质释放，居民受到程度小于规定值的影响；工作人员健康受影响核事件2.4.4.1核泄漏等级标准4级5级6级很有限但明显高于标准的核物质释放到厂外；或反应堆严重受损；或内部人员受严重辐射出现核污染泄露到工厂外，需要采取一定的措施来挽救一部分核物质泄漏到工厂外，需要立刻采取补救措施核事故7级大量核污染泄漏到工厂外，使附近大范围的居民和环境受到严重影响2.4.4.2核电站事故分析三里岛事故时间：1979年3月28日凌晨地点：美国宾夕法尼亚州哈里斯堡,萨斯奎哈纳河三里岛核事故评级：第五级2.4.4.2核电站事故分析三里岛事故时间：1979年3月28日凌晨地点：美国宾夕法尼亚州哈里斯堡,萨斯奎哈纳河三里岛核事故评级：五级事故原因：冷却剂流入反应堆时，经过的过滤器出现周期性泄露，泄露的部分水进入驱动部分反应堆检测仪的气动系统，使水泵停止工作。而输水管处于关闭状态，反应堆无法冷却，同时安全阀出现故障，导致氢气爆炸，堆芯熔化2.4.4.2核电站事故分析三里岛事故时间：1979年3月28日凌晨地点：美国宾夕法尼亚州哈里斯堡,萨斯奎哈纳河三里岛核事故评级：五级存在问题：维护其他反应堆时关闭了输水阀门，但事后并未打开轻视周期性泄露问题高压注水降温时过早停止注水主冷却泵发生振动时工作人员将其关闭，导致堆芯冷却情况恶化2.4.4.2核电站事故分析日本福岛事故时间：2011年3月11日地点：位于日本列岛最大的岛屿本州东北地区的南部核事故评级：六级2.4.4.2核电站事故分析日本福岛事故时间：2011年3月11日地点：位于日本列岛最大的岛屿本州东北地区的南部核事故评级：第六级事故原因：日本遭受里氏9.0级强震，同时引发海啸。强震使反应堆停堆，外电供应不足导致冷却系统无法正常运作，海啸使备用机房被淹。随即在降温过程中发生金属锆与水反应，生成大量氢气，引发电站发生爆炸2.4.4.2核电站事故分析日本福岛事故时间：2011年3月11日地点：位于日本列岛最大的岛屿本州东北地区的南部核事故评级：六级存在问题：地震及其引发