沸水堆重水堆和气冷堆

排管容器 冷却剂10MPa，300℃
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第1章 反应堆的类型介绍-1.4重水堆
压力管式重水堆(CANDU)介绍-原理
CANDU重水堆的概念设计思路
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第1章 反应堆的类型介绍-1.4重水堆
压力管式重水堆(CANDU)介绍
CANDU反应堆的压力管将重水冷却剂 和重水慢化剂分开。 压力管内流过高温300 ℃高压10 MPa 重水-冷却剂 压力管外流动低压下的重水-慢化剂
高温气冷堆采用耐高温的涂敷颗粒燃料元件，化学惰性和热工性能良好的 氦气作冷却剂，耐高温的石墨作慢化剂和堆芯结构材料。
燃料球实物图(60 mm) 17
第1章 反应堆的类型介绍-1.5气冷堆和高温气冷堆
燃料球结构
第一层 疏松热解碳：吸收裂变气体，缓冲应力，抵御辐照损伤
;
第二层 致密热解碳：防止裂变产物腐蚀SiC，承受内压； 第三层 碳 化 硅：承受内压，阻挡裂变产物外逸； 第四层 致密热解碳：保护SiC免于机械损伤。
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沸水堆本体结构
2.沸水堆冷却剂内一般不加硼, 控制 棒是停闭反应堆的主要手段；
3.沸水堆可以利用冷却剂(气水两相) 的流量控制来调节反应堆功率。
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第1章 反应堆的类型介绍-1.3沸水堆
沸水堆系统流程 与压水堆相比
1.省去了一个回路和蒸汽发生器；
2.压力容器压力低，设备制作工艺较简单；
沸水堆核电站流程示意图
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第1章 反应堆的类型介绍-1.5气冷堆和高温气冷堆
高温气冷堆小结 1. 堆芯具有很大的负温度系数，单靠改变氦气流量就能在很宽的范围内 调节反应堆的功率； 2. 由于全部一回路系统都装在预应力混凝土反应堆容器内，没有外部 冷却管道，减少了发生冷却剂丧失事故的可能性； 3. 由于堆内没有金属材料，燃料转换比高达0.8~0.85； 4. 冷却剂出口温度高，因此电站的热效率高。
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第1章 反应堆的类型介绍-1.5气冷堆和高温气冷堆
高温气冷堆-氦气透平直接循环 有的高温气冷堆可将堆芯引出 的750-850 ℃的高温氦气直接 作为工质送入氦气透平(helium gas turbine)做工发电。 小知识-透平发电机： 由汽轮机或燃气轮机驱动 的发电机。
氦气透平直接循环高温气冷堆
氘原子的质量是氢原子的2倍， 重水的慢化中子的能力不如轻 水有效。 因此,相同功率的重水 堆体积要比轻水堆大。
重水热中子吸收截面0.92×10-31 m2为轻水0.638×10-28 m2的1/700 。因此,重水堆能有效地利用天 然铀;乏燃料可以存储起来,用 于快中子增殖堆;单位能量的净 钚产量约为压水堆的2倍。
CANDU的纵深结构
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第1章 反应堆的类型介绍-1.4重水堆
压力管式重水堆(CANDU)介绍-堆芯及外观
CANDU堆芯的示意图
CANDU压力管一端
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第1章 反应堆的类型介绍-1.4重水堆
压力管式重水堆(CANDU)介绍-整体
CANDU反应堆电站的流程图
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第1章 反应堆的类型介绍-1.4重水堆
3.压力容器接口直径小 ，
失水事故的可能性及 严重性降低；
4.堆芯体积必须加大 ；
5.放射性杂质可随蒸 汽直接进入汽轮机
。
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第1章 反应堆的类型介绍-1.4重水堆
重水堆是指用重水(D2O 99.7%)做慢化剂的反应堆，重水堆的 冷却剂可以是重水，也可以是轻水或有机化合物。 重水（D2O）的物理性质：
沸水堆、重水堆和气冷堆
第1章 反应堆的类型介绍-1.2压水堆
分布式压水的缺点：
一体化压水堆
(1) 大口径接管破裂导致高温高 压冷却剂泄露；
(2) 连接管较长，流动阻力较大， 冷却剂自然循环能力不高。
SMART一体化模块式先进压水堆
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第1章 反应堆的类型介绍-1.2压水堆
一体化压水堆
一体化压水堆将蒸汽 发生器布置在反应堆 压力容器的上部，省 去了大口径接管，增 加了反应堆的安全性 ，同时增加了反应堆 的自然循环能力。
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第1章 反应堆的类型介绍-1.5气冷堆和高温气冷堆
气冷堆是以石墨作为慢化剂，CO2或He作为冷却剂的反应堆。
特点 ：
通过提高燃料富集度、更换 燃料包壳、改变蒸汽发生器 位置等方法，冷却剂出口温 度由之前的400被提高到650 摄氏度左右。
改进后的气冷堆
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第1章 反应堆的类型介绍-1.5气冷堆和高温气冷堆
中核集团开发的多用途模块式小型反应堆为ACP100
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第1章 反应堆的类型介绍-1.3沸水堆
沸水堆及其本体结构 沸水堆与压水堆同属轻水堆, 与压水堆不同之处是沸水堆的 堆芯内(系统压力约7 MPa)产生的蒸汽直接进入汽轮机做功 。
1.同压水堆一样，沸水堆也采用低富 集度（2~3%）的UO2作为核燃料；
CANDU反应堆结构示意图
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第1章 反应堆的类型介绍-1.4重水堆
压力管式重水堆(CANDU)介绍-燃料
燃料元件束
排管(装载燃料束 )
CANDU的排管和排管容器
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第1章 反应堆的类型介绍-1.4重水堆
压力管式重水堆(CANDU)介绍-结构
支撑体装在水泥墙内
堆芯由380根带燃料元件束的压力管排列而成，每根压力管 内首尾相接地装有10~12重水堆
重水堆按其结构可分为压力容器式和压力管式两种。
反应堆
稳压器 二回路系统
循 环 水
汽轮发电机 凝汽器
給水泵 冷却水源 一回路系统 主冷却剂泵 蒸汽发生器
压力容器式重水堆的结构类似于压水堆 ,但慢化剂和冷却剂都是重水。
压力容器式重水堆堆内的结构材料少， 燃料的转换比很高，但其最大功率会受 到厚壁容器制造能力的限制。
压力管式重水堆(CANDU)——优缺点
1.重水堆体积大，需要大量重水，投资成本和发电成本高； 2.重水经辐照产生氚，浓度随燃耗而增加，泄露重水很危险！
1.重水堆可采用天然铀作核燃料，不需要建立同位素分离工厂； 2.重水堆的燃料经济性好，能使天然铀得到充分利用； 3.重水堆的卸料燃耗较浅，后处理量成倍增加； 4.重水堆使用的燃料富集度低，出现严重事故的后果相对轻。
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第1章 反应堆的类型介绍-1.5气冷堆和高温气冷堆
两种燃料组件-球形和六角棱柱
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第1章 反应堆的类型介绍-1.5气冷堆和高温气冷堆
高温气冷堆堆芯
堆芯 堆芯装有几十万个燃料球。 出口He温度高达750 ℃，蒸汽发生 器中产生的蒸汽温度可达540 ℃。 预应力混凝土压力槽（壳）既是一 次冷却系统的压力容器 ，又是堆 的生物屏蔽层 。
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第1章 反应堆的类型介绍-1.5气冷堆和高温气冷堆
气冷堆是以石墨作为慢化剂，CO2或He作为冷却剂的反应堆。 特点 ：1. 石墨中子吸收截面小，可利用
天然铀作为燃料； 2.气体冷却剂能在不高的压力下 得到较高的出口温度，提高了 二回路的热效率；
3.可以在带功率时连续换料，提 高了电站利用率。
镁诺克斯气冷堆