核燃料循环第一章 (授课)

核燃料循环

第一章核燃料循环

第二章核燃料循环前段

第三章燃料在反应堆内的辐照

第四章锕系元素及裂变产物元素过程化学

第五章核燃料后处理

第六章先进燃料循环

第一章核燃料循环

几千年来人类一直在为扩大能源、提高自己驾驱自然界的能力而奋斗。在掌握原子能以前，人类利用的几乎一切能源，只涉及分子或原子的重新组合，不涉及原子核内部结构的变化。人类到20世纪初才逐步认识原子核。人为地促使原子核内部结构发生变化，释放出其中蕴藏的巨大能量并加以利用，是20世纪40年代才实现的，这就是原子能工业的开端。当核能进入人们的生产和生活后，一种通过原子核变化而产生的新能源从此诞生。

就全球范围来说，能源是维持人类生存和发展的必要条件。特别是对于发展中国家，要提高人民的生活水平，除了国内外的和平环境外，教育、卫生、农业的发展和工业化的实现，均有赖于足够的能源供应，尤其是电力供应。

当前，世界上的主要能源是煤、石油、天然气这些化石燃料，化石燃料不是可再生能源，用掉一点儿就少一点儿。燃烧化石燃料向大气排放大量的“温室气体”二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮的氧化物，并排放大量的烟尘，

这些有害的物质对环境造成了严重的破坏。核能不产生这些有害物质。1987年，世界卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了“可持续发展”的概念。为了实现可持续发展，人类迫切地需要新的替代能源。在开发新型能源时，人们往往首先想到除水力资源外的可再生能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能等等。但是这些可再生能源的能量过于分散、间断性，难以收集，因受多种条件限制，只能在一定条件下有限的开发，很难大量利用，估计每种能源在总能源利用中很难超过1％。尽管太阳能是一种清洁的、可再生能源，但由于它的能流密度太低，在单位面积上得到的能量很小，一座1000MW的太阳能电站，为吸取太阳能的地面面积大约是108m2，要把这样大面积的太阳能收取和集中到发电站来所需的技术措施和经济代价都是难以接受的。所以，在可预见的将来，这些可再生能源很难具有竞争性。据推测，在今后20年里，这些可再生能源占世界的发电份额仍将低于3%。基于这一事实，世界能源委员会还是将注意力转向了核能。因此，目前唯一达到工业应用、可以大规模替代化石燃料的能源，就是核能。

核能的开发利用是人类最终解决能源需求的希望。利用核能发电是核能和平利用的最重要方面，也是解决某些国家和地区当前能源短缺的现实途径。从1954年6月前苏联奥布宁斯克核电站0.5万千瓦核电机组并网发电，建立了世界上第一座核电站，人类首次实现了核能的和平利用开始，许多国家和地

区都相继制定了发展核电的规划。1970年世界上有核电国家14个，核电机组99个，装机容量1.5亿千瓦。从此核电与水电平分秋色，与火电一起成为世界电力供应的三大支柱。截止至2008年底，全世界31个国家共运行439座反应堆，总装机容量372GW，约占世界发电总量的17％。(全球核电站分布）核电发展阶段：

（1）实验示范阶段（1946-1965年）

军事应用的成功

探索了几乎所有堆型

（2）高速推广阶段（1966-1980年）

石油消费大增，对石油依赖的担忧

核电技术的发展

（3）滞缓发展阶段（1980-）

原油危机，各国经济发展减缓，能源需求下降

对核电经济性的乐观估计

两次核事故

我国核电起步较晚，其核电发展计划始于1970年，1985年3月秦山核电站开工建设、1991年12月15日首次并网发电，结束了中国大陆无核电的历史，并一举成为世界上第七个具备自主设计、自主建设、自主调试、自主运行管理核电厂的国家。1994年广东大亚湾从法国引进的两台90万千瓦核电机组投入运行。‘九五’期间我国核电发展进入了高速发展时期，广东岭澳、秦山二、三期、田湾等8座核电机组相继开工建设。预定到2005年前后我国将有11台核电机组投入运行，装机容量达870万千瓦。国家发改委规划到2020年将建成核电总装机容量4000万千瓦？，从而使我国核电的装机容量占全国电力总装机容量的比例由2000年的1%上升到4%左右。（福岛事故的影响）截止到2009年，我国大陆共运行11台核电机组（9.1GWe ），已开工建

设的核电站装机约11.3GWe，已批准建设的核电站装机约23.9Gwe，总装机容量44.3GW。

核电站计划容量一期开工时间

浙江三门6×1 GWe 2004.9

广东岭澳二期2×1 GWe 2005.12

广东阳江6×1 GWe 2006

浙江秦山二期2×0.6 GWe 2006

辽宁红沿河6×1 GWe 2007.8

福建宁德6×1 GWe 2008.2

山东海阳6×1 GWe 2008.9

浙江方家山2×1 GWe 2008.11

福建福清6×1 GWe 2008.11

江西彭泽8×1 GWe 2009

湖南桃花江6×1 GWe 2010

湖北大畈4×1 GWe 2010

我国核能发展的方针将坚持热堆（压水堆）—快堆—聚变堆的路线。按照我国核工业目前的技术状况，我国由热堆向快堆的过渡很难超越国际上的发展进程，如果我国2020年、2030年的核电装机容量分别达到40 GWe、60 GWe 的话，则上述装机容量的核电站将全部采用热堆，可以设想在今后50年内，热堆电站可能仍将是全世界核电的主体，并在2050年之后继续发挥重要作用。如果我国快堆技术发展顺利，则2020年有望建成原型快堆，2035年有可能开始进入核能市场并在2050年前后得到稳步发展，到本世纪末快堆核能系统有可能成为我国核电主力。而通过核聚变反应获得巨大能量可谓本世纪人类的最大梦想：人造太阳。如果可控热核反应研究取得成功，人类将能利用海水中的重氢获得无限丰富的能源，它是未来解决世界能源和环境问题最重要的途径之一，对发展中国家和地区具有特别重要的意义。40年来，我国先后建成中国环流器一号、中国环流器新一号、“二号A”和EAST全超导非圆截面托卡马克