核反应堆物理分析(第一讲)

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• 我国核电发展的昨天、今天和明天是怎样 一幅图景？
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• 认真学习过本课程之后，同学们应当能对 这些问题给予原理上的回答。
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1 核能技术发展简史 2 世界核电历史、现状及前景 3 我国核电历史、现状及前景
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1. 核能技术发展简史
• • • • • • 铀的天然放射性（1896，贝克勒尔） 钋、镭的发现（1902，居里夫妇） 质能转换关系（1905，爱因斯坦） 发现中子（1932，查德威克） 人工诱导核反应（1934，费米） 铀核裂变反应（1938，哈恩&斯特拉斯曼）
八五：3台机组(秦山一期，310MWe；大亚湾 2×984MWe), 2.26GWe; 九五：8台机组(秦山二期2x650MWe；秦山三 期2x728MWe；岭澳2x990MWe；田湾 2x1060MWe), 6.6GW。 十五：浙江三门、岭澳二期，广东阳江、秦山 二期扩建，山东海阳 、辽宁红沿河、湖南桃 花江、福建福清、宁德核电站、方家山核电 站.
• 亚洲的核电发展迅速。亚洲地区正在运行的 核电机组有82套，总装机容量为62GW，其 2/3集中在日本。正在建造或计划建造的核电 容量达49GW。据国际能源机构预测，从目前 到2020年，亚洲地区的电力消耗将增加2倍。 • 最新建成的31个已联网发电的核电站中，有 22个建在亚洲。在正在建造的27个核电站当 中，有18个位于亚洲。_IAEA (2004.6)
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VVER-1000
2×1060
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3.2 近景规划
• 已通过初步可行性研究的厂址：广东阳江 （600），江苏江阴，辽宁温坨子（400），浙江 三门（600）、壳塘山（600），福建惠安 （600）、长乐，山东烟台海阳（600）、威海乳 山（600），江西彭泽，浙江秦山（500），广东 大亚湾（600），江苏田湾（800），括号内数字 为“万千瓦”，总计5900万千瓦。 • 有意初步可行性研究的省份：吉林，黑龙江，湖 南，甘肃，海南，安徽，湖北，广西，四川。
的建筑工人在加固切尔诺贝利“石棺”。事故发生 后，发生爆炸的4号机组被钢筋混凝土封闭，下面 14 至今仍封存着约200吨核原料，“石棺”由此得名。
• 人类和平利用核裂变能的方式有哪些？控 制方式又有哪些？
全数字化主控室
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• 反应堆有哪些类型？各是什么原理？
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压水堆（PWR）
到汽轮机的蒸汽 控制棒和安全棒 汽水分离器 U型管
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核聚变 托卡马克（Tokamak）
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中国全超导托卡马克EAST（原名HT━7U）35
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"核潜艇之父"——海曼·乔治·里科弗 （Hyman G.Rickover）
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中国第一艘核潜艇
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• 第一次严重核事故(1942，德国，莱比锡L-4号 重水反应堆 ;1957，英国，温德斯格 尔;1957，苏联，车里雅宾斯克 ;1961，美 国，爱荷华;1979，美国三哩岛;1999，日 茨城县东海村) • 最严重的核事故（1986，苏联，切尔诺贝 利，2011.3，日本，福岛核事故） • 最庞大的核武库（80年代中期，美、苏两国 计有核战斗部50,000枚左右,占全世界总数的 95％以上。其梯恩梯当量,总计约120亿吨） 41
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• 原子弹和氢弹有什么不同？为什么？
1964年10月16日，中国第一 原子弹爆炸
1952年11月9日，美国爆炸了世 界上第一颗氢弹
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• 核电厂会不会像原子弹一样爆炸？切尔诺 贝利核电站事故是怎么发生的？
泄漏事故现场
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事故发生后采取紧急措施的照片
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2006年4月 12日，身 穿特殊防 护服、 佩戴面具
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3.1 现状
• 2007年我国核电发电量突破600亿千瓦时。 • 2008年，全国运行核电机组11台，净装机 容量858.7万千瓦，在建机组12台，净装机 容量1188万千瓦。
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我国在役核电站一览表
(数据引自《2007 中国核电年报》)
运行核电厂 及机组名称 秦山核电厂 大亚湾核电厂1# 大亚湾核电厂2# 岭澳核电厂1# 岭澳核电厂2# 秦山第二核电厂1# 秦山第二核电厂2# 秦山第三核电厂1# 秦山第三核电厂2# 田湾核电厂1# 田湾核电厂2# 堆型 CNP300 M-310 M-310 额定功率 （MWe） 310 2×984 2×990 开工日期 1985-03-21 1987-08-07 1988-04-07 1997-05-15 1997-11-28 1996-06-02 CNP650 2×650 1997-04-01 1998-06-08 CANDU-6 2×700 1998-09-25 1999-10-20 2000-09-20 商业运行日期 1994-04-01 1994-02-01 1994-05-06 2002-05-28 2003-01-08 2002-04-15 2004-05-03 2002-12-31 2003-07-24 2007-05-17 2007-08-16
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邓稼先
(1924.7-1986.7) 安徽怀宁人，中国科学院 院士。1941年考入西南 联合大学物理系;1950年 8月，在美国获得博士学 位九天后，便谢绝了恩师 和同校好友的挽留，毅然 决定回国。 1958年秋，就任二机部 第九研究所理论部主任。
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爱德华•特勒
(1908-2003) 匈牙利人，在莱比锡大学 获得物理学博士学位。 1935年，移居美国，任华 盛顿大学教授。 1952年 ，受命与劳伦斯主 持建立劳伦斯 - 利弗莫尔 实验室，受加利福尼亚大 学托管。同年11月，试验 氢弹成功。（氢弹之父 ） 1983年，劝说里根总统推 行反弹道导弹计划。
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• 世界核电发电量占全球总发电量的比例在 近10年内维持在17%左右。随着西方核电 发 展调整期的结束，世界核电发展的高潮 必将到来。 • World scope: End of the first nuclear era, Coming of the second one.
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• 2005年以来，核电的复兴阶段。前不久还 强烈反对核电的荷兰已开始兴建第三代轻 水反应堆。保加利亚、罗马尼亚、捷克和 法国亦在筹划兴建新的核电站。英国政府 宣布．今年将重新审视其能源战略。在 1987年全民公决之后关闭4座核电站的意大 利情况也将发生转变。瑞典和比利时两国 已分别拒绝在2010年和2015年之前关闭其 核反应堆。同时核电最大的装机订单来自 于中国、印度和俄罗斯，2006年在建的核 反应堆分别为2个、8个和4个，而整个2006 54 年在建的核反应堆为24个（见图）。
几位核弹之父
罗伯特•奥本海默
(1904-1962) 加州大学伯克利分校物理学 教授， 受“曼哈顿计划”负 责人戈罗夫斯将军任命为洛 斯·阿拉莫斯实验室主任。 原子弹爆炸成功后，警告美 国不要陷入针对苏联的武器 发展竞争，并且反对进行威 力更强大的氢弹试验。
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伊戈尔·瓦西里耶维奇·库尔恰托夫
(1902-1960) 列宁格勒物理技术研究所科 学家，受贝利亚任命为莫斯 科第二核武器研究室（对外 称第二实验室）主任。 1958年促成苏联单边停止核 试验。 在生前最后一次公开讲话 中，他警告人们：“使用原 子弹和氢弹必将招来灭顶之 灾！”
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中国在建和计划建设的核电机组一览表
在建和拟建核电厂及机组名称 堆型 额定功率（MWe） 开工或拟开工日期
2005-12-15 2006-06-15 2006-04-28 2007-01-28 2007-08-18（1#）
岭东核电厂3# 4# 秦山第二核电厂3# 4# 红沿河核电厂1#/2 # /3 # /4# 宁德核电厂1# 2# 3# 4# 三门核电厂1# 2# 海阳核电厂1# 2# 台山核电厂1# 2# 阳江核电厂1#— 6# 福清核电厂1# 2#（3— 6） 方家山核电厂1# 2#
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• 第一座核反应堆（1942，费米，芝加哥大学足球场 看台下） • 第一颗原子弹（1945，奥本海默;1964，邓稼先） • 第一颗氢弹（1952，美国，埃尼阿托克岛；1953， 苏联;1967，中国，罗布泊） • 第一座商用反应堆 （1954，苏联;1956，英、法;1957，美国; 1961德 国;1962，加拿大、比利時; 1963，意大利、日 本;1977，中国台湾 、韩国;1991，中华人民共和 国） 26
CPR1000 CNP650
2×1080 2×650
CPR1000
4×1080
2008-03-28（2#） 2009-04（3#） 2010-02（4#）
CPR1000 AP1000 AP1000 EPR CPR1000 M310改进 M310改进
4×1080 2×1250 2×1250 2×1700 6×1080 2×1080+4×1080 2×1080
)
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• 第一次受控核聚变（1933，加速器;1954，库尔恰 托夫原子能研究所 ;1984，乐山，中国环流器一 号 ） • 第一艘核潜艇下水（“核潜艇之父”——美国海 军科学家海曼·乔治·里科弗主持建造，从1954 年1月21日下水到1957年4月更换第一个反应堆活 性区为止，“鹦鹉螺”号总航程达62,526海里相 当于沿赤道绕地球三圈！1970，中国）
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核电站的世界分布
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• 目前西方发达国家核电的发展处于政策调整 阶段，由于政治、经济、电力需求等多方面 的原因，西方核电发展处于低潮。自1975 以来，大多数西方发达国家年电力需求增长 速度仅在1～2%之间，而且预测这种速度将 延长到2015。1974～1992年美国取消了 111套核电机组和98套化石燃料发电机组的 订货计划，自1979年以来没有新的核电机 的订货。(以上数据截止到2004年，最近情 51 况有变化)
堆芯 堆芯支持组件 冷却剂泵
给水
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沸水堆（BWR及ABWR）
到汽轮机的蒸汽
汽水分离器
堆芯 堆芯支持结构 给水 冷却剂泵 控制和 安全棒
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气冷堆（GCR）
换料支撑管 二氧化碳 混凝土压力容器 内部屏蔽 石墨慢化剂 燃料通道 给水 风机 蒸汽发生器 到汽轮机的蒸 汽
支撑板
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• 伊朗布什尔核电站 俄罗斯巴拉科夫核电站
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安德列·萨哈罗夫
(1921-1989) 1953年当选为苏联科学 院最年轻的院士。 1957年起，开始过问社 会及环境问题，不断上 书苏联政府要求停止大 气层核试验。 1975年由于积极促进停 止大气层核试验获诺贝 尔和平奖。
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于敏(1926直隶宁河县(今属天津 市)人，中国科学院院士。 1949年，北京大学物理系 攻读研究生并兼任助教， 1960年底开始从事核武器 理论研究，1965年调入二 机部第九研究院，历任理 论部副主任、理论研究所 副所长、所长、研究院副 院长、院科技委副主任、 院高级科学顾问等职。
三哩岛(TMI)核电站
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切尔诺贝利事故
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福岛核电厂事故
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2. 世界核电历史、现状及前景
从60年代开始到现在，世界核电装机容 量一直在增长，70年代发展速度飞快，达到 700%；80年代发展速度在140%左右；进入90 年代以后，核电装机容量发展速度开始放 慢，发展速度约为5%。
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截止2008年底，全世界共439台核电机组在 运行，净装机容量3.74亿千瓦，在建核电机 组44台，净装机容量3938万千瓦。在2008 里，运营中的439座核电反应堆总共发电 373676MWe，占世界总发电量15%。
核反应堆物理分析 第一讲
（2011—2012学年第一学期）
主讲：杨 波
你是？它是怎么造出 来的？
小男孩
胖子
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1945年8月6日日本广岛
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1945年8月9日日本长崎
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• 为什么二战时，盟军摧毁了德国控制 的重水工厂就破坏了德国的核计划？
德国在 挪威建 立的重 水工厂
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3. 我国核电历史、现状及前景
优化火电，积极发展水电，适当(度)发展核 电。——“国家2010年目标远景纲要” 优化发展煤电，有序开发水电，积极发展核 电——“中央十一五规划建议” （2005.10.18） 我国核电的研发起步于70年代，开始于80年 代，90年代初取得突破性进展。
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