章压水堆核电厂

2021/3/1
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一些核燃料的基本定义
1、核燃料：在反应堆中使用的裂变物质及可转 换物质称为核燃料。
➢ 核燃料中必须是：
①含有铀-235、铀-233、钚-239三种易裂变核素中的一 种或二种；
②能够产生裂变并释放裂变能。
2、易裂变核素：任何能量的中子都能引起核裂 变的核素称为易裂变核素，如铀-235、铀-233， 钚-239三种核素。
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反应堆
▪ 重水堆（Heavy Water Reactor，缩写为HWR ）
以重水作慢化剂的反应堆。重水的中子吸收截面 小，慢化性能好，中子利用率高，故可以直接利用天 然铀作为核燃料。
▪ 快堆（Fast Reactor，缩写为FR）
由快中子引起裂变的反应堆。即引起裂变的初级 中子的平均能量>100Kev。就用途而言，一般情况下 快堆不仅用于动力发电，也用于增殖，将可裂变核素 转化成易裂变核素，如铀-238转化为钚-239，故又称 快增殖堆（fast breeder reactor)。快堆一般采用液态 金属钠作载热剂，故又称钠冷快堆（sodium-cooled fast reactor）。
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▪ 链式裂变反应
当中子与裂变物质作用而发生核裂变反应时，裂变物质 的原子核通常分裂为两个中等质量数的核(称为裂变碎片)。 与此同时，还将平均地产生两个以上的新的裂变中子，并释 放出蕴藏在原子核内部的核能。在适当的条件下，这些裂变 中子又会引起周围其他裂变同位素的裂变，如此不断继续下 去，这种反应过程称为链式裂变反应。
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慢化剂
▪ 慢化剂，又称中子减速剂。在一般情况下，可裂 变核发射出的中子的飞行速度比被其它可裂变核 的捕获的中子速度要快，因此为了产生链式反应， 就必须要将中子的飞行速度降下来，这时就会使 用中子减速剂
▪ 对慢化剂的要求是对中子有较高的散射截面和低 的吸收截面。
▪ 石墨中的碳元素，以及水中的氢元素都能起到慢 化作用。
第2章 压水堆核电厂
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基本知识
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核电站
▪ 核电站是利用核分裂(Nuclear Fission)或核融合 (Nuclear Fusion)反应所释放的的能量产生电能 的发电厂。
➢ 目前商业运转中的核能发电厂都是利用核分裂反应而 发电。
▪ 核电站主要分为两部分：
➢ 一回路主系统由2~3个环路对称地并联在压力 容器接管上构成，每个环路有一台主泵和一台 蒸汽发生器。在其中一个环路上装有一台稳压 器，以维持一回路运行压力。
➢ 核岛：利用原子核裂变生产蒸汽的部分（包括反应堆 装置和一回路系统）
➢ 常规岛：利用蒸汽发电的部分（包括汽轮发电机系 统）。
▪ 燃料
➢ 核电站使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。
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▪ 现在使用最普遍的民用核电站大都是压水 反应堆核电站。
▪ 工作原理是：用铀制成的核燃料在反应堆 内进行裂变并释放出大量热能；高压下的 循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内 生成蒸汽，推动发电机旋转。
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通常用于热中子反应堆慢化剂的有三种材料
▪ 轻水（H2O）
➢ 轻水是含氢物质，慢化能力大，价格低廉，但吸收截 面较大，对金属有腐蚀作用，易发生辐照分解。
▪ 重水（氘，D2O）
➢ 重水的吸收截面小，并可发生（ γ，n ）反应而为链式 反应提供中子；缺点是价格昂贵，还要细心防止泄漏 损失、污染和与氢化物发生同位素交换。
▪ 常规岛 ➢ 主要包括汽轮机组、二回路系统及发电机等，其形式 与常规火电厂类似。
▪ 配套系统
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核岛系统
▪ 一回路主系统 由反应堆、主泵、稳压器、 蒸汽发生器和相应管道组成。
➢ 反应堆外壳是一个耐高压容器，通常称为压力 容器或压力壳，其内安装着由许多核燃料组件 构成的堆芯。
以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力 容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。
▪ 压水堆（Pressurized Water Reactor，缩 写为PWR ）
压水反应堆利用轻水（普通水H2O）作为冷却 剂和中子慢化剂。
沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构 紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力 强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料。
▪ 石墨
➢ 石墨吸收截面稍大于重水， 但价格便宜，又是耐高温 材料，可用于非氧化气氛的高温堆中。
▪ 铍、碳氢化合物等。
➢ 铍的慢化能力比石墨好，用它作慢化剂可缩小堆芯尺 寸，但铍有剧毒 、价格昂贵、易产生辐照肿胀，故使 用受到限制。
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反应堆
▪ 沸水堆（Boiling Water Reactor，缩写为 BWR ）
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▪ 目前，世界上已商业运行的核电站堆型，如压水 堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖 堆型，主要利用核裂变燃料，即使再利用转换出 来的钚-239等易裂变材料，它对铀资源的利用率 也只有1~2％，但在快堆中，铀-238原则上都能 转换成钚-239而得以使用，但考虑到各种损耗， 快堆可将铀资源的利用率提高到60~70％。
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3、可转换核素：由于能量大于1MeV以上的中子能够 引起铀-238，钍-232转化，所以称这两种核素为可 裂变核素。铀-238，钍-232可分别转化为钚-239及 铀-233所以又将它们称为可转化核素。
4、一次核燃料和二次再生核燃料：在三种易裂变核 素中，由于铀-235是存在于天然矿物中的，所以叫 一次核燃料。而铀-233和钚-239是用人工方法制造 得到的，所以又称为二次再生核燃料。
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▪ 反应堆的分类
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2.1 概述
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核电站工作原理
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压水堆核电站构成
▪ 核岛：在核岛中的系统设备主要有压水堆本体，一回路系 统，以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而 设置的辅助系统 ➢ 反应堆 ➢ 蒸汽发生器 ➢ 主蒸汽管 ➢ 燃料厂房 ➢ 废燃料池 ➢ 相应系统与设备