第一章 核反应堆类型
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图\ 世界上第一座核反应堆
核技术应用与辐射防护
1951年12月，美国利用它的“增殖一号”快堆产生的高 温蒸汽，带动发电机发出200 kW的电，从此核能的应用掀开 了新的篇章。
1954年，前苏联建成了世界第一座核电站。英国和美国 分别于1956年（克得霍尔，Calder Hall ）和1959年（宾州 船运港，Shipping-port ）建成原子能发电站。
良19性73循，环19：79改年进两技次术石，油降危低机成本及大规模出口 这➢M➢11要o99一d美法78求e96l国国时4年年更1：、4期；苏3压日安美第➢➢月沸水本基加联全二国水堆美、拿英本切堆的M韩世-大国国苏形（o国：尔第，d界三Be：天联成法l诺W三国2M然哩应国1引了R贝2o铀代际）：、d岛运导目e重利原Ml核积事4水而核前o型1核电d2极堆故天e、生电世l电核站然3跟S雪1。y电发界2铀事s，进，t站上e石展核m故M第墨加8o电0致d气三等e霜的l冷命标代31堆格准4一核核，核局击电能M电站o站系del统412、
我国于1991年建成第一座原子能发电站（秦山），包括 这一座在内，现在投入运行的有9座发电用原子能反应堆，总 容量为660万千瓦，占国家发电总量的比重很小，不仅远低于 欧美发达国家的水平，而且与东亚相邻国家、地区相比，也 存在相当大的差距。1995年日本和韩国的原子能发电占总发 电量的比重分别是30%和36.2%，台湾地区是31%，而我国大陆 只有1.29%。
将中子与原子核的作用分为两大类：
(1)散射 包括弹性散射和非弹性散射。
(2)吸收 包括辐射俘获、核裂变、(n,α)和(n, p)反应等。
中子与原子核的相互作用
✓ 中子的散射 散射时入射粒子是中子，与靶核作用后放出 的粒
子仍然是中子。散射是在热中子反应堆中使 中子 慢化的主要核反应过程。
(1) 非弹性散射 具有阈能的特点。 在现代碰撞理 论中是分子碰撞时能发生指定 态-态反应所需的最低能量值(th) (2) 弹性散射 所有能量范围中子都可能发生。
中子与原子核的相互作用
✓ 中子的能量不同，它与原子核相互作用的 概率、方式也就不同。在反应堆物理分析中， 通常按中子能量大小将它们分成三类： 快中子 E>0.1 MeV 中能中子 1 eV<E<0.1 MeV 热中子 E<1
eV
中子与原子核的相互作用
❖中子与原子核相互作用机理 根据中子与靶 核相互作用结果的不同，
核技术应用与辐射防护
1954年问世的世界第一座试验性核电站（莫斯科附近）
核技术应用与辐射防护
20世纪60年代初到70年代初是核电发展的黄金时期。 1979年美国宾州三哩岛事故和1986年前苏联切尔诺贝利核电 站事故使得人们更加冷静地对待核能，世界各国更加重视核 电的安全，在核电安全上投入了大量的资金，使核电的安全 性得到了进一步保证，促进核能利用事业进一步向前发展。
Generation4
?
本章主要知识点
❖掌握反应堆的基本工作原理 ❖了解反应堆的分类 ❖了解核电厂基本工作原理
核物理基础
❖中子与原子核的相互作用 ❖中子截面 ❖核裂变过程 ❖链式裂变反应
中子与原子核的相互作用
❖中子
✓ 中子是组成原子核的核子之一，它的静止质量稍 大于质子的静止质量。 ✓ 中子不带电荷，因此在靠近原子核时不受核内正 电的斥力。
法国建成59座发电用原子能反应堆，原子能发电量占其 整个发电量的78%；日本建成54座，原子能发电量占其整个 发电量的25%；美国建成104座，原子能发电量占其整个发电 量的20%；俄罗斯建成29座，原子能发电量占其整个发电量 的15% 。
核技术应用与辐射防护
核反应堆发展历史
• 实验示范阶段（1946-1965）-------第一代核能系统 • 高速发展阶段（1966-1980）-------第二代核能系统 • 滞缓发展阶段（1980-2000）-------第三代核能系统
1979年3月28日，美国宾州哈里斯堡东南16公里处三哩岛核 电厂2号反应堆发生放射性物质外泄事故，导致电厂周围80公里 范围内生态环境受到污染。这是人类发展核电以来第一次引起世 人瞩目的核电厂事故，对社会生活、舆论和世界核能利用的发展 都曾带来重大影响。
核技术应用与辐射防护
美国宾州三哩岛Hale Waihona Puke Baidu电站
据世界银行统计，到2004年9月28日，在世界上31个国 家和地区，有439座发电用原子能反应堆在运行，总容量为 364.6百万千瓦，约占世界发电总容量的16% 。
中子与原子核的相互作用
✓ 中子在原子核外存在时是不稳定的，其回通过β衰变 转变成质子，半衰期为10.3 min。在热中子反应堆 中，瞬发中子寿命约为10-3～10-4s，因此可以不考 虑中子的不稳定性问题。
✓ 中子与其它粒子一样具有波粒二重性。它的波长随 能量的降低而变长。在反应堆物理分析中，将中子 当作粒子来描述。
第一章 核反应堆类型
主要内容
1
概述
2
压水堆PWR
3
沸水堆BWR
4
重水堆
5
气冷堆
6
钠冷快中子堆
7 舰船用核动力反应堆
8 特殊用途的小型核反应堆
9 第三代反应堆和第四代反应堆
核能应用的历程、现状 1941年12月到1942 年12 月，费米领导一批物理学家
在芝加哥大学斯塔克运动场的西看台下，成功地建造了世 界上第一座核反应堆，发出了200W的电，解决了受控自持 链式反应的众多技术问题，这标志着原子能时代的到来。
核技术应用与辐射防护
图 秦山核电站外景
秦山30万千瓦核电站，自1991年12月15日并网发电以来， 已安全运行十多年，累计发电200多亿度。
核技术应用与辐射防护
秦山2期的一些资料
核技术应用与辐射防护
反应堆发展历史
Current First Reactors reactors
Advanced Reactor
Gen IV REACTORS
1960
1980
2000
2020
2040
2060
2080
Generation1
Shippingport PWR
Generation2
USSR-1 （50-60 built）
Operating PWR （PWR，BWR， CANDU，WWER）
Generation3
AP1000, EPR
核技术应用与辐射防护
1951年12月，美国利用它的“增殖一号”快堆产生的高 温蒸汽，带动发电机发出200 kW的电，从此核能的应用掀开 了新的篇章。
1954年，前苏联建成了世界第一座核电站。英国和美国 分别于1956年（克得霍尔，Calder Hall ）和1959年（宾州 船运港，Shipping-port ）建成原子能发电站。
良19性73循，环19：79改年进两技次术石，油降危低机成本及大规模出口 这➢M➢11要o99一d美法78求e96l国国时4年年更1：、4期；苏3压日安美第➢➢月沸水本基加联全二国水堆美、拿英本切堆的M韩世-大国国苏形（o国：尔第，d界三Be：天联成法l诺W三国2M然哩应国1引了R贝2o铀代际）：、d岛运导目e重利原Ml核积事4水而核前o型1核电d2极堆故天e、生电世l电核站然3跟S雪1。y电发界2铀事s，进，t站上e石展核m故M第墨加8o电0致d气三等e霜的l冷命标代31堆格准4一核核，核局击电能M电站o站系del统412、
我国于1991年建成第一座原子能发电站（秦山），包括 这一座在内，现在投入运行的有9座发电用原子能反应堆，总 容量为660万千瓦，占国家发电总量的比重很小，不仅远低于 欧美发达国家的水平，而且与东亚相邻国家、地区相比，也 存在相当大的差距。1995年日本和韩国的原子能发电占总发 电量的比重分别是30%和36.2%，台湾地区是31%，而我国大陆 只有1.29%。
将中子与原子核的作用分为两大类：
(1)散射 包括弹性散射和非弹性散射。
(2)吸收 包括辐射俘获、核裂变、(n,α)和(n, p)反应等。
中子与原子核的相互作用
✓ 中子的散射 散射时入射粒子是中子，与靶核作用后放出 的粒
子仍然是中子。散射是在热中子反应堆中使 中子 慢化的主要核反应过程。
(1) 非弹性散射 具有阈能的特点。 在现代碰撞理 论中是分子碰撞时能发生指定 态-态反应所需的最低能量值(th) (2) 弹性散射 所有能量范围中子都可能发生。
中子与原子核的相互作用
✓ 中子的能量不同，它与原子核相互作用的 概率、方式也就不同。在反应堆物理分析中， 通常按中子能量大小将它们分成三类： 快中子 E>0.1 MeV 中能中子 1 eV<E<0.1 MeV 热中子 E<1
eV
中子与原子核的相互作用
❖中子与原子核相互作用机理 根据中子与靶 核相互作用结果的不同，
核技术应用与辐射防护
1954年问世的世界第一座试验性核电站（莫斯科附近）
核技术应用与辐射防护
20世纪60年代初到70年代初是核电发展的黄金时期。 1979年美国宾州三哩岛事故和1986年前苏联切尔诺贝利核电 站事故使得人们更加冷静地对待核能，世界各国更加重视核 电的安全，在核电安全上投入了大量的资金，使核电的安全 性得到了进一步保证，促进核能利用事业进一步向前发展。
Generation4
?
本章主要知识点
❖掌握反应堆的基本工作原理 ❖了解反应堆的分类 ❖了解核电厂基本工作原理
核物理基础
❖中子与原子核的相互作用 ❖中子截面 ❖核裂变过程 ❖链式裂变反应
中子与原子核的相互作用
❖中子
✓ 中子是组成原子核的核子之一，它的静止质量稍 大于质子的静止质量。 ✓ 中子不带电荷，因此在靠近原子核时不受核内正 电的斥力。
法国建成59座发电用原子能反应堆，原子能发电量占其 整个发电量的78%；日本建成54座，原子能发电量占其整个 发电量的25%；美国建成104座，原子能发电量占其整个发电 量的20%；俄罗斯建成29座，原子能发电量占其整个发电量 的15% 。
核技术应用与辐射防护
核反应堆发展历史
• 实验示范阶段（1946-1965）-------第一代核能系统 • 高速发展阶段（1966-1980）-------第二代核能系统 • 滞缓发展阶段（1980-2000）-------第三代核能系统
1979年3月28日，美国宾州哈里斯堡东南16公里处三哩岛核 电厂2号反应堆发生放射性物质外泄事故，导致电厂周围80公里 范围内生态环境受到污染。这是人类发展核电以来第一次引起世 人瞩目的核电厂事故，对社会生活、舆论和世界核能利用的发展 都曾带来重大影响。
核技术应用与辐射防护
美国宾州三哩岛Hale Waihona Puke Baidu电站
据世界银行统计，到2004年9月28日，在世界上31个国 家和地区，有439座发电用原子能反应堆在运行，总容量为 364.6百万千瓦，约占世界发电总容量的16% 。
中子与原子核的相互作用
✓ 中子在原子核外存在时是不稳定的，其回通过β衰变 转变成质子，半衰期为10.3 min。在热中子反应堆 中，瞬发中子寿命约为10-3～10-4s，因此可以不考 虑中子的不稳定性问题。
✓ 中子与其它粒子一样具有波粒二重性。它的波长随 能量的降低而变长。在反应堆物理分析中，将中子 当作粒子来描述。
第一章 核反应堆类型
主要内容
1
概述
2
压水堆PWR
3
沸水堆BWR
4
重水堆
5
气冷堆
6
钠冷快中子堆
7 舰船用核动力反应堆
8 特殊用途的小型核反应堆
9 第三代反应堆和第四代反应堆
核能应用的历程、现状 1941年12月到1942 年12 月，费米领导一批物理学家
在芝加哥大学斯塔克运动场的西看台下，成功地建造了世 界上第一座核反应堆，发出了200W的电，解决了受控自持 链式反应的众多技术问题，这标志着原子能时代的到来。
核技术应用与辐射防护
图 秦山核电站外景
秦山30万千瓦核电站，自1991年12月15日并网发电以来， 已安全运行十多年，累计发电200多亿度。
核技术应用与辐射防护
秦山2期的一些资料
核技术应用与辐射防护
反应堆发展历史
Current First Reactors reactors
Advanced Reactor
Gen IV REACTORS
1960
1980
2000
2020
2040
2060
2080
Generation1
Shippingport PWR
Generation2
USSR-1 （50-60 built）
Operating PWR （PWR，BWR， CANDU，WWER）
Generation3
AP1000, EPR