重水堆简介
世界重水堆发展历程
世界重水堆发展历程
重水堆发展历程：
重水堆是一种利用重水(D2O)作为中子减速剂和冷却剂的核反应堆。
以下是重水堆发展的历程：
1. 1943年，挪威科学家尤里·鲍姆勒-布朗和奥尔巴里·利斯勒在挪威完成了第一台重水堆，被称为VEMORK堆。
该堆用于生产重水以供应纳粹德国的核武器项目。
2. 1952年，加拿大建成了世界上第一台商业化的重水堆，该堆被称为NRX。
NRX堆也成为了后来CANDU堆的基础。
3. 1957年，英国建成了麦格马斯堆，这是世界上第一台具有持续超临界运行的重水堆。
4. 1962年，加拿大建成了Gentilly-1堆，这是世界上第一台大规模商业化重水堆，也是CANDU堆的首个商业化项目。
5. 1968年，加拿大和印度达成了协议，印度购买了CIRUS重水堆技术，并建造了CIRUS堆，这是印度的第一台重水堆。
6. 1972年，印度成功建成了卡卢加重水堆，这是印度自主研发的第一台重水堆。
卡卢加堆是印度后来成功进行核试验的基础。
7. 1983年，阿根廷建成了艾奥斯堆，这是世界上首个核电厂
规模的重水堆。
8. 2011年，中国建成了六盘山堆，这是中国第一台重水堆。
六盘山堆是中国CANDU堆项目的一部分。
9. 目前，重水堆在世界范围内得到了广泛应用。
除了加拿大和中国，印度、巴基斯坦、韩国、阿根廷等国家也拥有重水堆技术，并建造了多台重水堆用于发电或其他应用。
重水堆作为一种可持续发展的核能技术，对于世界能源结构的转型具有重要意义。
07 第六章 重水反应堆CANDU(PHWR)
Xi’an Jiaotong University
冷却剂和慢化剂的绝热
作为冷却剂的重水在管内 流动带走热量。作为慢化 剂的重水在反应堆排管容 器中，为了防止热量传到 慢化剂重水中，在压力管 外设置一同心容器管，两 管之间充以二氧化碳作隔 热层，以保持慢化剂温度 不超过60℃。压力管和容 器管贯穿反应堆排管容器， 两端与法兰固定，与容器 连成一体。
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学习目的
Xi’an Jiaotong University
➢ 掌握CANDU堆得特点(与PWR比较)和优势，表6-1 ➢ 掌握CANDU核燃料组件结构特点 ➢ 了解CANDU堆的发展演变和ACR的技术特点
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2010年代 - SCW直接循环模块堆?
皮克灵A,1971-1973
CANDU-9
CANDU原型堆,1962 ZEEP,1945
布鲁斯B，1984-1987
达灵顿，1990-1993
重水堆概述
CANDU的概念: CANada Deuterium Uranium
重水堆的特点： 天然铀作燃料 重水做慢化剂，造价较高
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换料方式
Xi’an Jiaotong University
由于重水堆的卧式布置压力管，每根压力管在反应堆容器的两端都设有密 封接头，可以装拆。因此，可以采用遥控装卸料机进行不停堆换料。换料 时，由装卸料机连接压力管的两端密封接头，新燃料组件从压力管一端顶 入，烧过的乏燃料组件侧从同一压力管的另一端被推出。这种换料方式称 为“顶推式双向换料”。
挑战
大量的重水以及泄漏导致高造价，防止重水泄漏的高密封性能设 备也提高了造价 。核燃料燃耗比较浅，1/3压水堆，换料太频繁。
重水堆
第四章：重水堆一、特点二、发展简介三、商用重水堆1、CANDU62、CANDU9四、先进重水堆－ACR一、特点－类型1、压力容器(重水冷却）（1）压力容器式：❑德国MZFR（0.85％丰度），58MW（1973－1974）❑瑞典Agesta,12MW(1964-1974),瑞典Marviken, 132MW（沸腾重水冷却）、1968年中止建设。
❑阿根廷两个，一个在建Atucha2-745MW,一个在运行Atucha1-357MW （1974－今）（2）压力管式(水平、垂直，冷却剂不受限制）❑垂直压力管：❑加拿大*2,英国1，日本1，斯洛伐克1，瑞士(Lucens)1，德国1。
除日本Fugen （ATR，普贤)外，都于1990年前关闭。
❑水平压力管式：CANDU，34座在运行。
2、冷却剂❑重水CANDU6，瑞典，阿根廷。
❑沸水轻水ATR（日本），SGHWR（英国），CANDU-BLW(加拿大），CANDU－OCR（加拿大）有机物。
3、慢化剂重水4、燃料❑天然铀CANDU6等多数堆，❑富集铀SGHWR（3.9％铀）,ATR(2％天然铀＋钚）MZFR（0.85%铀), Lucens (0.96%铀) 5、换料方式❑压力管式在线换料❑压力壳式停堆换料一、特点－物理1、重水慢化❑比轻水中子吸收截面小，可用天然铀❑重水工作在低温条件下，有利于慢化❑燃料烧得透，乏燃料中U235含量低于扩散厂通常的尾料丰度，不值得后处理❑装料最少（热中子堆）❑但重水慢化比轻水差，故堆芯大。
2、重水冷却吸收截面小，有利于用天然铀3、包壳容器管、压力管匀为薄壁、锆合金，尽量减少中子吸收。
（现用性能更好的锆-2.5%铌合金）3、反应性连续换料，剩余反应性小。
4、产钚量高为压水堆的两倍。
5、燃料增值高釷铀循环核燃料增值接近1。
生产U233，摆脱对U235 的依赖。
但目前天然铀价格低，重视不够。
6、放射性重水经中子辐照产生放射性氚。
慢化剂中氚的含量是冷却剂中的几十倍。
关于各类核反应堆的构造、特点科普
关于各类核反应堆的构造、特点科普昨天看到一个帖子，说日本反应堆比中国先进，还经常有人嚷嚷气冷堆上潜艇，还有世界上3大核电站事故的情况，实在看不下去了，现在对核反应堆做个简单科普。
反应堆由燃料棒、控制棒、冷却剂、慢化剂组成，自行百度，我主要讲各类反应堆的具体情况。
首先是石墨液冷堆，是人类第一种掌握的反应堆，由费米于1942年12月2日在芝加哥大学网球场建立并启动，而第一个核电站，也是石墨液冷堆，由苏联建造。
这种反应堆用石墨作为慢化剂，水作为冷却剂，没有耐压壳。
整体构造可以想象成蜂窝煤，在石墨中通上各类管线。
作为人类第一代反应堆，缺点很多：1、没有耐压壳，安全性很差，一旦事故，堆心就会暴露在大气层中。
2、高纯度石墨易燃，失事时会造成大火，不仅会阻碍救援，还会促进放射物在大气扩散。
3、每一个管线都是单独的单元，各个管线并不是一体的，不利于维护。
石液冷堆只有苏联大规模投入商业运营，切尔诺贝利爆炸的就是这种堆。
第二种是重水堆，当年纳粹开发核弹用的就是这种堆，用重水作为慢化剂，当时只有挪威能生产重水，工厂还被盟军炸了，攻入德国的时候就发现了一个完整的重水堆，只不过重水太少（只有2吨），不足以引起核反应，如果当时纳粹获得了足够的重水…………重水很少吸收中子，所以重水堆的核燃料不用浓缩，用天然铀就行，省去了庞大的铀浓缩工厂；因为很少吸收中子，所以增值（下文会讲到）是所有慢中子堆中最高的；因为慢化剂是液体，紧急情况下只要排空慢化剂，就回停止核反应，安全性也很高；钴60（一种重要医疗资源，用于化疗）也主要由重水堆生产；最重要的一点是：核弹所用的钚239通常是由重水堆生产，其他反应堆生产的钚会含有钚240，用于反应堆没问题，但不能用于核弹。
重水堆主要使用国家为加拿大，我国的秦山3期也是重水堆，汶川大地震时时受影响的那个堆，就是重水堆。
然后就是世界的主流，压水堆。
压水堆是将冷却剂与慢化剂合二为一，用普通水来完成，因为省去了慢化剂的空间，所以最为紧凑。
重水堆
压力管式，压力壳式
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CANDU的基本结构特点
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燃料组件结构
重水堆的核燃料是天然铀， 制成圆柱状装在外径为 13(20)毫米长约500毫米的 锆合金包壳管内，构成棒 状燃料元件，37根燃料棒 组成一束，棒之间用锆合 金块隔开，端头由锆合金 支承板连接，构成长为半 米，外径为150毫米左右的 燃料棒束。 反应堆堆芯由384根带燃料 棒束的压力管排列而成。 每根压力管内装有12束燃 料棒束。
8 足够充足的应急流量 9 尽可能的减少重水泄漏
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蒸汽发生器
主要结构材料位 炭钢 一次测： 封头，管板和管束一次测
二次侧：壳体，汽水分离器，管束套筒，管板和管 束二次侧，预热段隔板，管子支承等，
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主泵
单级、单吸入口、双出口、立式离心泵
支管和集流总管 稳压器
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CANDU慢化剂系统
慢化作用，失冷事故下的热阱作用 慢化剂系统原理流程图： 串连/并联
控制棒设置在反应堆上部，穿过反应堆排管容器，插入在 慢化剂中。快速停堆时将控制棒快速插入堆内。
反应性的调节还可以通过改变反应堆容器中重水慢化剂的 液位来实现。 紧急停堆时可以将控制棒快速插入堆内，还可打开氦气阀， 将储存在毒物箱内的硝酸钆毒物注入反应堆容器的重水 慢化剂中，还可以打开装在容器底部的大口径排水阀， 把重水慢化剂急速排入贮水箱。
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换料方式
由于重水堆的卧式布置压力管，每根压力管在反应堆容器的两端都设 有密封接头，可以装拆。因此，可以采用遥控装卸料机进行不停堆换 料。换料时，由装卸料机连接压力管的两端密封接头，新燃料组件从 压力管一端顶入，烧过的乏燃料组件侧从同一压力管的另一端被推出。 这种换料方式称为“顶推式双向换料”。
五种常见堆型
五种常见的核电站堆型1.压水堆压水堆是指使用轻水（即普通净化水）作冷却剂和慢化剂，且水在反应堆内保持液态的核反应堆。
压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件，吸收了核裂变产生的热能以后流出反应堆，进入蒸汽发生器，在那里把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽送去发电，而主冷却剂本身的温度就降低了。
从蒸汽发生器出来的主冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。
冷却剂的这一循环通道称为一回路，一回路高压由稳压器来维持和调节。
除秦山三期外，我国目前运行的核电机组全部为压水堆。
压水堆作为一种技术十分成熟的堆型，与其他堆型相比，结构紧凑，经济上基建费用低、建设周期短、轻水价格便宜；有放射性的一回路与二回路分开，带有放射性的冷却剂不会进入二回路污染汽轮机，机组运行、维护方便。
核反应堆原理（压水堆示意图）2.沸水堆沸水堆利用轻水作慢化剂和冷却剂，只有一个回路，水在反应堆内沸腾产生蒸汽直接进入汽轮机发电。
与压水堆相比，沸水堆工作压力低；由于减少了一个回路，其设备成本也比压水堆低；但这样可能使汽轮机等设备受到放射性污染，给设计、运行和维修带来不便。
（沸水堆示意图）3.重水堆重水堆是以重水（氘和氧组成的化合物）作慢化剂的反应堆。
其主要优点是可以直接利用天然铀作核燃料，同时采用不停堆燃料方式；但体积比轻水堆大，建造费用高，重水昂贵、发电成本也比较高。
重水堆核电站是发展较早的核电站，我国秦山三期1、2号机组采用的是加拿大坎杜型（CANDU）压力管式重水堆。
（沸水堆示意图）4.高温气冷堆高温气冷堆用氦气作冷却剂，石墨作慢化剂，堆芯出口温度较高。
高温气冷堆热效率高，建造周期短，系统简单；但堆芯出口温度为850~1000℃甚至更高，对反应堆材料的性能要求也高。
山东石岛湾规划建设20万千瓦级高温气冷堆。
（石岛湾高温气冷堆）5.快中子反应堆（快堆）快中子反应堆直接利用快中子引起链式裂变反应所释放的能量进行发电，因此不需要慢化剂、体积小、功率密度大。
重水堆压水堆
重水堆特点和贡献
秦山三期核电站是我国惟一的商用重水堆核电站，有如下特点：
• 采用天然铀作燃料，铀资源利用率高； • 重水堆可大规模生产钴60等同位素； • 重水堆可以直接利用压水堆回收铀，有利于完善核燃料闭式循环体系； • 重水堆在钍资源综合利用方面具有较大的挖掘潜力。 • 提氚（聚变材料）
重水堆优势
堆芯本体
厂房吊车 操作设备 钴调节棒
燃料通道
灵活的燃料选择
高中子经济性
简单而灵活的 燃料设计
不停堆换料
重水堆可烧 ： -天然铀 -浓缩铀 -回收铀 -MOX燃料 -钍燃料 -锕系废物
取决于关键技术和 经济因素
完善燃料循环体系
重水堆-压水堆
“互补”运营
快堆
重水 堆
压水堆
重水堆可经济高效利用压水堆回收铀。
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谢 谢！
大容量的慢化剂在严重事故工况下作为非 能动热阱带走衰变热。
反应堆腔室的大量轻水为严重事故提供了 第二道备用非能动热阱。
堆顶喷淋水箱提供非能动冷却。
大规模生产钴60同位素
目前国内钴60年需求为800万居里，可能很快突 破1000万居里。 重水堆具有大批量生产钴60的能力，全世界90% 的钴60都是重水堆上生产的。 国内自主完成了相关技术开发，年产600万居里。 从2009年到现在，秦山三期两台重水堆已辐照 出3000万居里钴60，超过1600万居里已投放到 国内市场。
AP1000:42*7=294个钒探 SR+IR+与压水堆有哪些不同？ 参与量：cmΔt，ṁ（hs-hw）
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3、在线换料过程如何减小换料带来的反应性波动？ 4、对于检修部门，日常维护及大修等工作与压水堆有何区别？ 5、重水堆为什么没在国内继续推广？目前技术有什么发展？将来是否会出现新 的先进堆芯？（例如降低成本，采用全数字化DCS、满足三代核电标准等） 6、重水堆每年重水泄漏是多少？（1t多点，设计8-10吨）消耗的重水必须从加 拿大采购吗？ 7、重水堆在发生严重事故后，事故后果是否会相比压水堆小？其宣称的固有安 全性相比满足三代安全标准的AP1000如何？ 8、每年钴60的产量约多少？（600万居里，需求1000万居里，60-80%市场需求 ）需要停堆才能取出吗？
全球现有的核反应堆技术概述：轻水堆，压水堆，重水堆，熔盐堆等
全球现有的核反应堆技术概述：轻水堆，压水堆，重水堆，熔盐堆等核反应堆，是一种可以控制和维持自我连锁反应的装置。
核反应堆主要用途是发电（核电厂）和作为船舶的动力装置。
位于瑞士的一座小型研究反应堆其中，一些反应堆还被用来生产医疗和工业用的同位素或者生产武器级钚。
截止2019年初，全球共有680座核反应堆在运行，其中包括226座研究堆。
现有的核反应堆主要包括轻水堆，沸水堆，重水堆，高温气冷堆和熔盐堆。
下面将逐一介绍：1.轻水堆轻水堆中，冷却剂起着减速剂的作用这种反应堆使用压力容器来容纳核燃料、控制棒、慢化剂和冷却剂。
离开压力容器的热放射性水通过蒸汽发生器循环，蒸汽发生器又将次级(非放射性)水环加热成蒸汽，使涡轮机运转。
它们占据了当前反应堆的大多数(约80%)。
VVER1000反应堆结构华龙一号示范工程航拍美军核动力航母编队轻水堆最新的典型代表有俄罗斯的VVER-1000，美国的AP1000，中国的华龙一号和欧洲的EPR。
美国海军军舰上的反应堆也都属于这种类型。
2.沸水堆福岛核事故的反应堆类型就是沸水堆沸水堆就像没有蒸汽发生器的压水堆。
冷却水的较低压力使其在压力容器内沸腾，产生运行涡轮机的蒸汽。
与压水堆不同，没有主回路和副回路。
这些反应堆的热效率更高，结构也更简单，发生两次严重核事故（切尔诺贝利和福岛核事故）的堆型都属于沸水堆。
3.重水堆（CANDU）秦山核电站的两座重水堆（CANDU堆）重水堆非常类似于压水堆，但使用重水。
虽然重水比普通水贵得多，但它具有更大的中子经济性(产生更多的热中子)，允许反应堆在没有燃料浓缩设施的情况下运行。
燃料不是像压水堆那样使用一个大型压力容器，而是包含在数百个压力管中。
这些反应堆以天然铀为燃料，重水反应堆可以在满功率时加燃料，这使得它们在铀的使用方面非常高效(这使得堆芯中的流量控制更加精确)。
加拿大、阿根廷、中国、印度、巴基斯坦、罗马尼亚和韩国都建造了重水堆。
4.高能通道反应堆(RBMK)切尔诺贝利核电站（RBMK，沸水堆）RBMKs是一种苏联设计，在某些方面与CANDU相似，因为它们在动力运行期间可以重新加料，并采用压力管设计。
重水堆简介
重水堆工程安全特性
1.反应堆停堆系统： CANDU核电厂设有两套完全独 立和全功能的SDS-1和SDS-2停堆 系统，该系统能使反应堆在必要 时停闭。 2.应急堆芯冷却系统（ECCS）： 应急堆芯冷却系统向热传输系统 提供轻水，以补偿发生假像的失 水事故时损失的重水冷却剂，并 循环和冷却从反应堆厂房地面上 收集的重水、轻水混合物，将其
重水堆系统的设计特征
重水堆与压水堆在反应堆和燃料方面的主要区别见下表：
重水堆的安全特性
重水堆的结构设计具有一些独特的安全特性，与压水堆一 样，这些安全特性中一部分为重水堆所固有的，另一部分则是 特殊设计的工程安全设施提供的。 重水堆固有的安全特性： 重水堆固有的安全性是由核燃料、反应性调节特性等提供的。 1.燃料 CANDU堆采用天然铀作为核燃料，235-U约占0.7%，较 压水堆低得多，这就大大降低了在堆外或者燃料贮存水池内燃 料处理时发生反应性引入事故的可能性，而且堆芯严重损坏导 致的燃料重新布置所引入的反应性也十分有限。
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停堆系统
重水堆工程安全特性
送到反应堆集管以保证长期的燃料冷却，以达到向反应堆燃料 通道再注射冷却剂和从燃料排出余热或衰变热的目的。
重水堆工程安全特性
3.安全壳系统： 如果反应堆系统发生 事故，则安全壳系统 的运行可以提供包容 所释放出放射性物质 的密封外壳，以防止 从反应堆溢出的放射 性物质释放到环境中 。其包括：自动喷淋 系统、空气冷却器、 过滤空气排放系统以 及人员和设备闸门。
姓名：王小亮 班级：0902301 学号：1090230113
重水反应堆-PHWR？
概念：用重水作为慢化剂的热中子反 应堆。 可以用重水、普通水、二氧化碳和有 机物作冷却剂。由于重水的热中子吸 收截面很小，可以采用天然铀燃料。 铀燃料的利用率高于轻水堆，烧过的 燃料的235U含量仅为0.13%，乏燃料不 必进行后处理。这种堆可以作为生产 堆、动力堆和研究堆使用。堆内中子 经济性好，可生产氚和发展成为先进 的转化堆。堆内重水装载量大，反应 堆造价较高。
中广核新员工岗前培训典型核反应堆系统
沸水堆特点
由于沸水堆堆芯内产生大量蒸汽，调节反应堆功率比较 方便，除用控制棒进行功率调节外，还可通过改变循环 泵流量的方法来进行调节，调节范围约达25％，速率约 1％/s。
沸水堆的比功率较小，同样功率条件下核燃料装量较压 水堆约大50％。因此虽然系统比较简单，但总投资较压 水堆略大。
在20世纪50年代早期所完成的实验(著名的 BORAX实验)表明在低压时确实会发生上述情 况，但当压力升高到大约压水堆的一半左右 (7MPa)时，沸腾是稳定的，反应堆是可控的。
沸水堆结构简介
沸水堆壳体内装有堆芯、堆内支承结构、汽水分离器、 蒸汽干燥器和喷射泵等。
堆芯主要由核燃料组件、控制棒等组成，也采用低富集 度柱(状2％芯一块3后％再铀装—入23锆5)合的金UO包2作壳为内核构燃成料外，径将为U12O.52m制m成，圆 长度约3.7m的元件棒。
快中子增值堆简介
由于沸水堆采用直接循环，水通过堰芯时将放射性物质 直接带到汽轮机、冷凝器等设备，使这些设备污染而必 须屏蔽。这给设计、运行、维修都带来不便。
2、重水堆
重水堆简介
重水堆早在第二次世界大战时期就开始研究，当 时主要是用于军事目的。重水的中子吸收截面小， 且慢化性能也比较好，因此重水堆可利用天然铀 作核燃料，不需要建造投资巨大的铀同位素分离 工厂。
气冷堆简介
高温气冷堆的冷却剂出口温度高，因此电站的热效率高 达40％，可与新型火电站相媲美。
堆内没有金属结构材料，中子寄生俘获少，卸料比燃耗 达1000MWd／t，每年所需补充的核燃料少；
如果能把出口温度提高到1000℃以上，则还有可能把反 应堆产生的热量直接用于炼钢、化工及煤的气化等工业， 达到综合利用的目的。所以这种堆是很有发展前途的先 进转换堆型。
重水堆
重水堆核电站重水堆按其结构型式可分为压力壳式和压力管式两种。
压力壳式的冷却剂只用重水，它的内部结构材料比压力管式少，但中子经济性好，生成新燃料钚－239的净产量比较高。
这种堆一般用天然铀作燃料，结构类似压水堆，但因栅格节距大，压力壳比同样功率的压水堆要大得多，因此单堆功率最大只能做到30 万千瓦。
因为管式重水堆的冷却剂不受限制，可用重水、轻水、气体或有机化合物。
它的尺寸也不受限制，虽然压力管带来了伴生吸收中子损失，但由于堆芯大，可使中子的泄漏损失减小。
此外，这种堆便于实行不停堆装卸和连续换料，可省去补偿燃耗的控制棒。
压力管式重水堆主要包括重水慢化、重水冷却和重水慢化、沸腾轻水冷却两种反应堆。
这两种堆的结构大致相同。
(1) 重水慢化，重水冷却堆核电站这种反应堆的反应堆容器不承受压力。
重水慢化剂充满反应堆容器，有许多容器管贯穿反应堆容器，并与其成为一体。
在容器管中，放有锆合金制的压力管。
用天然二氧化铀制成的芯块，被装到燃料棒的锆合金包壳管中，然后再组成短棒束型燃料元件。
棒束元件就放在压力管中，它借助支承垫可在水平的压力管中来回滑动。
在反应堆的两端，各设置有一座遥控定位的装卸料机，可在反应堆运行期间连续地装卸燃料元件。
这种核电站的发电原理是：既作慢化剂又作冷却剂的重水，在压力管中流动，冷却燃料。
像压水堆那样，为了不使重水沸腾，必须保持在高压（约90大气压）状态下。
这样，流过压力管的高温（约300℃）高压的重水，把裂变产生的热量带出堆芯，在蒸汽发生器内传给二回路的轻水，以产生蒸汽，带动汽轮发电机组发电。
（2）重水慢化、沸腾轻水冷却堆核电站这种堆是英国在坝杜堆（重水慢化、重水冷却堆）的基础上发展起来的。
加拿大所设计的重水慢化重水冷却反应堆的容器和压力管都是水平布置的。
而重水慢化沸腾轻水冷却反应堆都是垂直布置的。
它的燃料管道内流动的轻水冷却剂，在堆芯内上升的过程中，引起沸腾，所产生的蒸汽直接送进汽轮机，并带动发电机。
重水反应堆
light water reactor (LWR) 以水和汽水混合物作为冷却剂和慢化剂的反应堆。
轻水堆就堆内载出核裂变热能的方式可分为压水堆和沸水堆两种，是目前国际上多数核电站所采用的两种堆型。
据统计，1992年运行的413座核电站中，轻水堆核电站约占64．15％，装机容量约占80％，加上正在建设和已经订货的轻水堆核电站将占80％，装机容量将占90％。
轻水反应堆是和平利用核能的一种方式.用轻水作为慢化剂和冷却剂的核反应堆被称为轻水反应堆，包括沸腾水堆和加压水堆轻水也就是一般的水，广泛地被用于反应堆的慢化剂和冷却剂。
与重水相比，轻水有廉价的长处，此外其减速效率也很高沸腾水堆的特点是将水蒸汽不经过热交换器直接送到气轮机，从而防止了热效率的低下，加压水堆则用高压抑制沸腾，对轻水一般加100至160个大气压，从而热交换器把一次冷却系（取出堆芯产生的热）和二次冷却系（发生送往蜗轮机的蒸汽）完全隔离开来。
用重水即氧化氘（D2O）作为慢化剂的核反应堆被称为重水反应堆，或简称为重水堆现在的反应堆几乎都利用热中子，因此慢化剂是反应堆不可缺少的组成部分慢化剂与中子碰撞使中子亦即减少中子的数量的话，便失去了意义。
所以，重水是非常优异的慢化剂，它与石墨并列是最常用的慢化剂。
重水与普通水看起来十分相像，是无臭无味的液体，它们的化学性质也一样，不过某些物理性质却不相同。
普通水的密度为1克／厘米3，而重水的密度为1.056克／厘米3；普通水的沸点为100℃，重水的沸点为101.42℃；普通水的冰点为0℃，重水的冰点为3.8℃。
此外，普通水能够滋养生命，培育万物，而重水则不能使种子发芽。
人和动物若是喝了重水，还会引起死亡。
不过，重水的特殊价值体现在原子能技术应用中。
制造威力巨大的核武器，就需要重水来作为原子核裂变反应中的减速剂，作中子的减速剂，也可作为制重氢的材料，普通水中含量约为0.02％（质量分数）。
重水和普通水一样，也是由氢和氧化合而成的液体化合物，不过，重水分子和普通水分子的氢原子有所不同。
重水堆
重水堆核电站重水堆按其结构型式可分为压力壳式和压力管式两种。
压力壳式的冷却剂只用重水，它的内部结构材料比压力管式少，但中子经济性好，生成新燃料钚－239的净产量比较高。
这种堆一般用天然铀作燃料，结构类似压水堆，但因栅格节距大，压力壳比同样功率的压水堆要大得多，因此单堆功率最大只能做到30 万千瓦。
因为管式重水堆的冷却剂不受限制，可用重水、轻水、气体或有机化合物。
它的尺寸也不受限制，虽然压力管带来了伴生吸收中子损失，但由于堆芯大，可使中子的泄漏损失减小。
此外，这种堆便于实行不停堆装卸和连续换料，可省去补偿燃耗的控制棒。
压力管式重水堆主要包括重水慢化、重水冷却和重水慢化、沸腾轻水冷却两种反应堆。
这两种堆的结构大致相同。
(1) 重水慢化，重水冷却堆核电站这种反应堆的反应堆容器不承受压力。
重水慢化剂充满反应堆容器，有许多容器管贯穿反应堆容器，并与其成为一体。
在容器管中，放有锆合金制的压力管。
用天然二氧化铀制成的芯块，被装到燃料棒的锆合金包壳管中，然后再组成短棒束型燃料元件。
棒束元件就放在压力管中，它借助支承垫可在水平的压力管中来回滑动。
在反应堆的两端，各设置有一座遥控定位的装卸料机，可在反应堆运行期间连续地装卸燃料元件。
这种核电站的发电原理是：既作慢化剂又作冷却剂的重水，在压力管中流动，冷却燃料。
像压水堆那样，为了不使重水沸腾，必须保持在高压（约90大气压）状态下。
这样，流过压力管的高温（约300℃）高压的重水，把裂变产生的热量带出堆芯，在蒸汽发生器内传给二回路的轻水，以产生蒸汽，带动汽轮发电机组发电。
（2）重水慢化、沸腾轻水冷却堆核电站这种堆是英国在坝杜堆（重水慢化、重水冷却堆）的基础上发展起来的。
加拿大所设计的重水慢化重水冷却反应堆的容器和压力管都是水平布置的。
而重水慢化沸腾轻水冷却反应堆都是垂直布置的。
它的燃料管道内流动的轻水冷却剂，在堆芯内上升的过程中，引起沸腾，所产生的蒸汽直接送进汽轮机，并带动发电机。
重水堆
以重水作慢化剂的反应堆
01 简介
目录
02 CANDU
以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重水作慢化剂的反应堆，可以直接利用天然铀作为核燃料。重水堆可 用轻水或重水作冷却剂，重水堆分压力壳式和压力管式两类。
简介
重水堆核电站是发展较早的核电站，有各种类别，但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型 （CANDU型）压力管式重水堆核电站。
CANDU型重水堆的反应性控制是由下列装置实现。它们从顶部垂直穿过反应堆容器。①调节棒：由强中子吸 收体构成，用于均衡反应堆中心区的功率分布，使反应堆的总功率输出最佳。②增益棒：由高浓铀代替强中子吸 收体，用来补偿氙中毒所引起的反应性下降。③区域控制棒：由一些可充轻水的圆柱形隔套组成。④停堆系统： 由两组停堆系统组成。一组停堆系统是由能快速插入反应堆堆心的强中子吸收棒组成；另一组停堆系统是将吸收 中子的溶液注入慢化剂或注入堆心的一些管中，也可以把慢化剂排空。
重水堆的燃料是天然的二氧化铀压制、烧结而成的圆柱形心块。若干个心块装入一根锆合金包壳管内，两端 密封形成一根燃料元件。再将若干根燃料元件焊到两个端部支撑板上，形成柱形燃料棒束。元件棒间用定位隔块 使其隔开。
在反应堆的两端各设一台遥控操作的换料机。当某根压力管内的燃料需要更换时，一台换料机处于装料位置， 另一台则处于卸料位置。处于装料位置的换料机内装有新的燃料棒束,由逆冷却剂流向推入,堆内相对应压力管道 内的乏燃料棒束即被推入另一端处于卸料位置的换料机内。整个操作由电子计算机来完成，可实现不停堆换料。
冷却剂、慢化剂循环 蒸汽发生器和主回路水泵安装在反应堆的两端，以便使冷却剂自反应堆的一端流入反 应堆堆心的一半燃料管道，另一端则以相反的方向流入另一半燃料管道。冷却剂系统设有一个稳压器，以维持主 回路的压力，使重水不致沸腾。慢化剂系统的温度较低，它也设有循环泵和热交换器。它把高温燃料管道传给慢 化剂的热量及重水与中子和γ射线相互作用产生的热量带出堆心，以提高反应堆的物理性能。
第三章 重水堆和快中子增殖反应堆核电站PPT课件
3.2重站
1．压力管卧式重水堆
• 由于重水堆的卧式布置压力管，每根压力管在 反应堆容器的两端都设有密封接头，可以装拆。 因此，可以采用遥控装卸料机进行不停堆换料。 换料时，由装卸料机压力管的两端密封接头， 新燃料组件从压力管一端顶入，烧过的乏燃料 组件侧从同一压力管的另一端被推出。这种换 料方式称为“顶推式双向换料”。
高温气冷堆的堆芯核燃料由低富集铀或高富集铀加钍的 氧化物（或碳化物）制成直径约200微米的陶瓷型颗粒核 心，外面涂上2－3层热解碳和碳化硅，涂层厚度约150－ 200微米，构成直径约为1毫米左右的核燃料颗粒。然后将 颗粒弥散在石墨基体中压制成球形或柱形燃料实体。这种 燃料元件在堆内几乎不会破裂。冷却剂氦气在球形元件叠 缝空隙间流过，通过循环风机不断将堆芯的裂变热带出， 进行密闭循环。氦气的压力一般为4Mpa
氦气的压力一般为4mpa4134通过蒸汽发生器用蒸汽进行间接循环基建费用高要用高富集度铀经济上没有竞争力直接循环热利用率可达50余热供热高温氦气逸出的放射性甚微不影响检修特高温气冷堆可直接炼钢制氢等高温工艺供热或用于循环发电热效率可达604234特点核电站选址灵活且热效率高中子经济性好转化比高实现钍232铀233循环热容量大安全性高氦气吸收中子弱排放的废热少对环境污染小有综合利用的广阔前景可实现不停堆换料技术上还没有达到成熟阶段仍有很多技术问题1高燃耗包敷颗粒核燃料元件的制备和辐照考验问题2高温高压氦气回路设备的工艺技术问题3燃料后处理及再加工问题4334超高温气冷堆系统vhtr超高温气冷堆系统是采用一次通过式铀燃料循环石墨慢化剂氦气冷却反应堆
1.重水 2.燃料组件 3.轻水冷却剂 4.气鼓 5.循环泵 6.汽轮机 7.给水泵
3.2重水堆核电站
4 重水慢化、有机介质冷却反应堆
重水堆简介
重水堆的主要优点
在目前常用的慢化剂当中，重水的慢化能力仅次于轻水， 但重水的最大优点是它的吸收热种子的几率，即吸收截面要比 轻水小两百多倍，从而使得重水的慢化比远高于其他各种慢化 剂。 1. 由于重水吸收热种子的几率小，所以中子经济性好，以重 水作为慢化剂的反应堆，可以采用天然铀作为核燃料，从而使 得建造重水堆的国家，不必建造浓缩铀工厂。
重水堆固有的安全特性
3.堆芯余热排出 通常，堆芯余热可以通过两种相互独立的途径释出：其 一为蒸汽发生器，将热量传递给二回路侧的给水；其二为余 热排出系统（停堆冷却系统），热量通过停堆冷却热交换器 传递给工艺水系统。 在发生LOCA时，需要用ECCS冷却水再淹没堆芯，并释 出一部分堆芯余热。ECCS释出的热量最终通过ECCS热交换 器排到工艺水系统。在重水堆中，由于承压边界在堆芯内是 由几百个小直径的压力管构成，这些压力管内的冷却剂汇集 于反应堆进出口的集管，所以热传输系统中发生的最大的破 口尺寸仅限于反应堆进、出口集管的尺寸。由于反应堆进、
CANDU-6型重水堆核电厂介绍
由于由加拿大原子能公 司发展起来的以天然铀为 核燃料、重水慢化、加压 重水冷却卧式压力管式重 水堆（CANDU型），是 唯一达到商业化技术要求 的重水堆。因此下面着重 论述CANDU-6型重水堆 核电厂的设计特性、安全 特性和事故响应特点。右 图为CANDU型的反应堆 组件结构。
重水反应堆简介
姓名：王小亮 班级：0902301 学号：1090230113
重水反应堆-PHWR？
概念：用重水作为慢化剂的热中子反 应堆。 可以用重水、普通水、二氧化碳和有 机物作冷却剂。由于重水的热中子吸 收截面很小，可以采用天然铀燃料。 铀燃料的利用率高于轻水堆，烧过的 燃料的235U含量仅为0.13%，乏燃料不 必进行后处理。这种堆可以作为生产 堆、动力堆和研究堆使用。堆内中子 经济性好，可生产氚和发展成为先进 的转化堆。堆内重水装载量大，反应 堆造价较高。
【doc】先进重水反应堆综述
先进重水反应堆综述2004皋国外核动力第6期先进重水反应堆综述朱常桂(中国核动力研究设计院610041)摘要:重水反应堆是～种重要的堆型重水堆要占领更大的市场,将面临三个挑战,即降低成本,提高安全性和可持续发展根据铀富集度的不同和燃料管理战略,燃料运行周期从6O天到180天将轻水堆(LWR).fz.燃料元件用于重水反应堆,是实现铀资源最佳利用的范例而且混合氧化物(MOX)燃料也将引入重水反应堆,本文介绍了EIJ度的先进重水堆,该堆率先采用了钍燃料;俄罗斯联邦正在开发高度安全的气冷重水慢化堆;加拿大在基于CANDU6成熟经验的基础上,开发出下一代重水堆NgCANDU,功率为65MWe:在经济性和固有安全性和操作性能方面均有大的改进关键词:重水反应堆;先进重水堆;气冷重水慢化堆;钍燃料1前言蓖水反应堆与整个核工业一样面临着挑战,即核能要继续保持作为一种可靠的,成本低的和叮被接受的能源.全球能源增长的原因是需要满足人口增长和生活水平提高对能源的要求重水堆作为一种环境安全的,可持续的和经济的能源,可以为这一需求作出贡献未来能源市场不仅仪从传统的油,煤,天然气等化石燃料获得,而且可以由不同的先进反应堆获得,甚至可以由新技术获得,例如氢燃料电池.这些能源形式都会占有自己应有的位置:重水堆面临的挑战不仅仅是保持它的原有位置,而是要扩大它在能源市场的份额重水堆要占领更大的份额,面临着三个挑战,即降低成本,提高安全性和可持续发展2经济性分析重水堆的经济性和所有其它水冷反应堆一样,都是由投资成本和利息来计算的:可能减少投资成本的方法如下:2.1增加工厂规模重水堆目前的规模是200MWe,500～700MWe和900MWe;这是由目前的能源需求和技术发展而形成的为满足未来需求,正在设计～1200MWe的重水堆,甚至更大功率也在考虑之中.扩大规模可以降低成本:2.2提高热效率投资成本与热效益成反比,提高反应堆的热效率可以降低成本.2.3简化设计不同的设计要求和运行条件对成本有重大影响.简化辅助系统和对安全尢重大影响2的环节,可以降低成本.3安全性分析在未来lO年内,将对安全性提高的要求进行性价比分析.尽量发挥重水堆的固有安全性.可以预测在未来2O年里,重水堆将保持一个大的市场份额.重水堆核电厂将以高的热效率运行,这是由于应用了高温冷却剂或超I临界水作冷却剂.这些重水堆将采用以非能动安全技术:(1)采用非能动高温流道;(2)消除流道流阻;(3)采用自然循环余热排出;(4)采用非能动安全壳排出热量:4发展的可持续性在未来1O年,将采用先进的燃料设计,也就是采用低富集度铀或采用压水堆乏燃料元件回收的铀.这种新的燃料设计将能大大降低成本,改善运行裕度.提高功率和减乏燃料元件数量.采用低富集度燃料元件将使得给定功率的重水堆产生更大的功率如果采用更高富集度铀和更紧凑的元件栅格.采用 1.2%1.5%的铀富集度,再加上采用轻水作冷却剂,将能更大地降低成本,更进一步,将研究高性能,高燃耗和高温的燃料元件:这就是DUPIC或MOX燃料5正在发展的概念5.1PHWR在采用卧式流道的加压重水堆(PHWR)中,正在发展3种概念.首先,CANDU型HWR概念正在不断演变,例如:CANDU6(700MWe),CANDU9 (单堆900MWe).第二个概念是低成本CANDU.这种新一代的CANDU将输出蒸汽温度提高到～330~C,压力一13MPa;减少重水用量;通过采用低富集度铀(1.5%)增加每个流道的功率输出;通过采用轻水来降低成本;这种堆型的功率一般为600MWe.第三个概念是采用超临界水,通过一个间接的轻水或重水冷却循环来冷却重水慢化剂,运行压力为25MPa.5_2先进的燃料通道设计在CANDU6型反应堆中,有380个卧式燃料通道.每一个燃料通道形成一个压力管这些压力管是由冷加工的Zr.2.5%Nb合金制造的,在310~C,10MPa的运行工况下,寿命可达3O年.5.3燃料和燃料循环5.3.1天然铀和低富集度由于天然铀循环的灵活性,在今后一段时间,CANDU堆仍将主要采用天然铀燃料元件.正在开发低富集度燃料元件,铀富集度为O.9%1.2%,可以提高燃耗,减少乏燃料3元件数量,而且燃料循环成本比天然铀降低20%～30%.5.3_2燃料循环根据铀富集度的不同和燃料管理战略,燃料运行周期从60天到180 天(即燃牦为800～2400MWd/tU):将LWR乏燃料元件用于CANDU堆.是实现铀资源最佳利用的范例而且MOX燃料也将引入CANDU反应堆.6印度的先进重水堆(AHWR).6.1简介AHWR电功率为235MW,重水慢化,轻水冷却,垂直式的压力管,适用于钍循环初步设计已经完成,现已进入详细设计反应堆设计采用了非能动技术,具有如下特点:(1)只用重水作慢化剂,用轻水作冷却剂.降低了成本,减少了重水泄漏和氚的辐射;(2)采用简单结构的蒸汽发生器代替常规的蒸汽发生器;(3)丰要部件可以工厂化生产,缩短lr现场安装n,/l'.-J和降低安装费用:6-2堆芯及燃料设计a.堆芯有452个冷却剂流道.燃料由30%的(Yh.,'U)Oz,24%(Th.,Pu)Oz和46% (U,Pu)Oz组成.b.堆芯性能(1)钍燃料堆芯;(2)微弱的负反应性;(3)卸料燃耗大于20,000MWd/tU;(4)原始钚加入量低在MOX燃料中.Pu含量为3%;(5)以.u维持链式反应;(6)热功率750MW7高度安全的气冷重水慢化堆HWR1000a,俄罗斯联邦正在开发HWR1000,主要特点如下:(1)整个一回路系统,包括主要气体循环装置,蒸汽发生器,中间热交换器都安置在预应力混凝土压力容器内;(2)低温重水用作慢化剂;(3)气体作冷却剂,可用CO2或COz与He的混合气体b.主要参数如:铀装载量160t天然铀;平均燃耗9,500MWt/d;增值比0.8008下一代CANDU堆加拿大原子能公司(AECL)在基于CANDU6成熟经验的基础上,开发出下一代重水堆NgCANDU,功率为65MWe.在经济性,同有安全性和操作性能方面均有大的改进:8.1设计目标a.在保持CANDU堆成熟性能的基础上,采用低富集度燃料以减小堆芯尺寸,这样可以减少重水的用量,丽且可以不用零水作冷却剂.b.提高反应堆冷却剂和蒸汽汽轮机系统的压力和温度以提高回路效率c.核蒸汽系统标准化设计:d.降低设备成本,提高设备寿命,减少设备安装时间,并且提供设备置换的简便方法e.确保寿期40年.考虑到现有CANDU堆的寿期以及延寿经验,设计寿命延长到50年4f.强化CANDU堆的智能系统,以改进核电厂的监测和控制.g.通过调节反应堆堆:剖然料元件通道的数量,功率在400—1200MWe范围内可以模块化没计.8-2设计基础a.模块式的卧式燃料通道的堆芯b.不停堆换料.C.分离的,冷的和低压的慢化剂.d.相当低的中子吸收.e.用轻水代替重水作为一回路冷却剂f.紧凑堆芯设计,减少重水用量g.提高安全裕度,减少放射性废物量.h.提高冷却剂和蒸汽的温度和压力,以提高整体热效率.8.3燃料元件a.燃料形式:u富集度为1.65%~JUO2芯块b.燃耗:20,000MWd/tU.C.燃料捧束元件棒数量:43根元件棒.d.燃料棒束长度:495mm.e.燃料捧束铀含量:17.8kg.f每个通道燃料棒束数:l2..9结论重水堆技术有重大的发展,其设计和性能持续得到改进.NgCANDU在投资,建设周期和运行成本方面可以与同等功率的天然气或燃煤发电相竞争,也可以与其它类型的核电项目相竞争.重水堆核电站在核能市场上占有重要地位.参考文献:【1】TechnicalReportsseriesNo.407.HeavyWaterReactors:StatusandProjectedDevelopment. InternationalAtomicEnergyAgency,Vienna,2002.5。
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重水堆简介
重水堆按其结构可以分为压力容器式和压力管式两种，但目前达到商用的只有加拿大发展的压力管卧式重水堆，称为CANDU型重水堆。
CANDU型重水堆用压力管把重水冷却剂和重水慢化剂（注意：慢化剂和冷却剂都是使用重水），分开。
压力管内流过不沸腾的高温高压（温度约300度，压力约10MPa）重水作为冷却剂，压力管外是基本不受压的慢化剂，慢化剂盛装在大型卧式圆柱型排管容器中。
CANDU型重水堆系统示意图如下：
CANDU型重水堆燃料更换示意图如下：
CANDU型重水堆燃料元件束示意图：
CANDU堆芯的承压边界是由几百个小直径的水平压力管组成，每根压力管内装有简单短小的燃料棒束，高压冷却剂从棒束中间的缝隙间冲刷流过，同时不断地把燃料元件中的热量带走。
以每个压力管为中心而构成的这些燃料通道组件，从一个卧式圆筒形排管容器的两端面贯穿过，而通道与通道之间是相互独立并且每个燃料通道的外侧面与重水慢化剂相接触。
排管容器尺寸虽然也较大，但它内部充满的是低温低压的重水慢化剂。
由于燃料棒束组件简单短小，又加上反应堆堆芯是水平管道式的，这为不停堆双向装卸燃料创造了有利条件。
在换料的时候，两台换料机分别与一个通道的两端对接，一端将燃料棒束一个个推入燃料通道，顺着冷却剂流动的方向将其推入堆芯；另一端接收卸出的乏燃料棒束。