核反應(yīng)堆與核電廠基本原理課件

1、 1核反應(yīng)堆與核電廠基本原理核反應(yīng)堆與核電廠基本原理 2反應(yīng)堆基本工作原理反應(yīng)堆基本工作原理鏈式裂變反應(yīng)鏈式裂變反應(yīng)反應(yīng)堆分類反應(yīng)堆分類核電廠基本工作原理核電廠基本工作原理核電廠廠房結(jié)構(gòu)核電廠廠房結(jié)構(gòu)核電廠系統(tǒng)設(shè)備功能核電廠系統(tǒng)設(shè)備功能核電廠安全文化核電廠安全文化 3幾個定義：幾個定義：聚變反應(yīng)，裂變反應(yīng)聚變反應(yīng)，裂變反應(yīng)核燃料，一次核燃料，二次再生核燃料，核燃料，一次核燃料，二次再生核燃料，鈾鈾233233，235235，钚，钚239239易裂變核素，可轉(zhuǎn)換核素，易裂變核素，可轉(zhuǎn)換核素，鈾鈾238238，釷，釷232232天然鈾，富集鈾，貧鈾天然鈾，富集鈾，貧鈾鏈式反應(yīng)鏈式反應(yīng)nHeHH10

2、4231212351141921920563602UnBaKrn核裂變反應(yīng)堆與原子彈的相同點與區(qū)別核裂變反應(yīng)堆與原子彈的相同點與區(qū)別? ?反應(yīng)堆為何稱之為反應(yīng)堆為何稱之為堆堆？ 4裂變裂變2351141921920563602UnBaKrnMevcmE200*2nHeHH10423121MevcmE6 .17*2聚變聚變 核聚變比核裂變更節(jié)省核燃料，太陽能實際上是太陽中進行的核聚變的產(chǎn)物，本質(zhì)上也是核能。我們現(xiàn)在利用的煤炭、石油、水力等能源，都是由太陽能轉(zhuǎn)化而來，溯其源也是核能。因此可以說，人類利用和賴以生存的一切能源，直接或間接都來自核能。 1克鈾-235的裂變能2700kg 標煤燃燒能量

3、5反應(yīng)堆的功能：反應(yīng)堆的功能：1 1 熱能利用：發(fā)電，供熱，或者動力熱能利用：發(fā)電，供熱，或者動力2 2 生產(chǎn)新的核燃料，生產(chǎn)新的核燃料，3 3 生產(chǎn)放射性同位素，醫(yī)療，鈷生產(chǎn)放射性同位素，醫(yī)療，鈷60604 4 進行中子的其它應(yīng)用和科研，中子成像進行中子的其它應(yīng)用和科研，中子成像 6生產(chǎn)堆生產(chǎn)堆動力堆動力堆研究堆研究堆發(fā)電增值兩用堆發(fā)電增值兩用堆 7按引起核裂變的中子能量分類按引起核裂變的中子能量分類快中子堆快中子堆 中子能量中子能量1 MeV1 MeV中能中子堆中能中子堆 0.1 MeV0.1 MeV 中子能量中子能量0.1 eV0.1 eV熱中子堆熱中子堆 0.1 eV0.1 eV 中子

4、能量中子能量0.0251 eV0.0251 eV 8按冷卻劑、慢化劑分類按冷卻劑、慢化劑分類輕水堆（壓水堆，沸水堆）輕水堆（壓水堆，沸水堆）重水堆重水堆石墨氣冷堆石墨氣冷堆石墨水冷堆石墨水冷堆鈉冷堆鈉冷堆 9按核燃料在堆內(nèi)分布形式分類按核燃料在堆內(nèi)分布形式分類均勻堆：核燃料、慢化劑、冷卻劑均勻混合在一起均勻堆：核燃料、慢化劑、冷卻劑均勻混合在一起非均勻堆：絕大多數(shù)堆型非均勻堆：絕大多數(shù)堆型 10利用核能生產(chǎn)電能的電廠稱為核電廠。利用核能生產(chǎn)電能的電廠稱為核電廠。由于核反應(yīng)堆的類型不同，核電廠的系統(tǒng)和設(shè)備也由于核反應(yīng)堆的類型不同，核電廠的系統(tǒng)和設(shè)備也不同。壓水堆核電廠主要由壓水反應(yīng)堆、反應(yīng)不同。

5、壓水堆核電廠主要由壓水反應(yīng)堆、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（簡稱一回路）、蒸汽和動力轉(zhuǎn)堆冷卻劑系統(tǒng)（簡稱一回路）、蒸汽和動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（又稱二回路）、循環(huán)水系統(tǒng)、發(fā)電機換系統(tǒng)（又稱二回路）、循環(huán)水系統(tǒng)、發(fā)電機和輸配電系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)組成，和輸配電系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)組成， 11 12 13 14 15核電廠選址比火電廠具有更高的安全要求。選擇核電廠的廠址工作，涉及區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃等因素，跟氣象、地質(zhì)、地震和水文等自然條件有關(guān)，還與安全、環(huán)境有重要關(guān)系，因此，它受到政府、環(huán)境保護部門和周圍民眾的普遍重視。核電廠選址考慮的因素中很多與火電廠相同，它們包括：接近電力負荷中心，有充足的冷卻水源，交通運輸方便，良好的自然

6、條件（如地形、地質(zhì)和地震等），減少廢熱廢物排放對生物的影響和防止環(huán)境污染的可能性等。核電廠選址基本原則除了要滿足常規(guī)電廠所必需的條件外，還應(yīng)盡量減少釋放放射性對環(huán)境的影響，以確保居民在一般事故和嚴重事故條件下不受危害。歸結(jié)起來，核電廠選址應(yīng)考慮核電廠本身特性、廠址自然條件和技術(shù)要求以及輻射安全等三個方面。 16核電廠本身特性核反應(yīng)堆是一個強大的放射源。核電廠的熱功率決定了反應(yīng)堆內(nèi)放射性的總貯量， 在相同的運行條件下，堆內(nèi)放射性的總量與功率成正比，因而在發(fā)生事故時可能釋放的放射性也與功率有關(guān)。反應(yīng)堆燃料棒運行時的破損率、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的泄漏率和放射性廢物處理系統(tǒng)的凈化能力等決定了電廠在正常運行

7、時放射性的排放量。如果放射性廢氣排放量很大，電廠就不宜建在城鎮(zhèn)居民中心附近;如果廢水放射性排放量很大，電廠廢水就不能直接向江河湖海中排放。具體允許排放量，需根據(jù)放射性物質(zhì)的毒性、廠址的環(huán)境稀釋能力、居民點離電廠的距離和居民的飲食習(xí)慣來決定。設(shè)計上要求核電廠在極限事故工況下的放射性物質(zhì)釋放量不應(yīng)達到對居民健康和安全造成超過我國國家核安全局關(guān)于核電廠廠址選擇所規(guī)定的嚴重危害后果的程度。 17廠址的自然條件和技術(shù)要求廠址的自然條件和技術(shù)要求 廠址的自然條件必須滿足核電廠選址的技術(shù)要求，應(yīng)盡可能地避免或減少自然災(zāi)害（如地震、洪水及災(zāi)難性氣象條件）造成的后果，并應(yīng)有利于排出的放射性物質(zhì)在環(huán)境中稀釋。地震

8、海嘯氣象水源水文交通運輸比較方便 18輻射安全要求輻射安全要求 輻射安全的角度看，電廠正常運行時排放的放射性廢物對環(huán)境的影響很小，對選址有影響的主要還是核電廠事故時可能對居民造成的危害，所以，通常一個國家的核電廠選址標準，其主要內(nèi)容之一是規(guī)定事故條件下的最大釋放量。反應(yīng)堆正常運行時按“放射防護規(guī)定”對附近居民的劑量限值為每年全身510-3Sv；在核電廠發(fā)生重大的假想事故情況下，應(yīng)保證居民不受超過規(guī)定的劑量限值的照射。人口密度分布是目前選址要考慮的一個重要因素，但不是唯一因素，需綜合考慮廠址的其它各種條件，隨著技術(shù)水平和安全研究的不斷發(fā)展，核電廠的設(shè)計和安全設(shè)施的日趨完善可靠，特別是隨著核電廠建

9、造和運行經(jīng)驗的不斷積累，人口密度分布限制會進一步減小，甚至有可能在靠近大城市的位置建造核電廠。 19核電廠的廠址選定后，在總平面布置設(shè)計時應(yīng)考慮以下原則：合理區(qū)分放射性與非放射性的建筑物，使凈區(qū)和臟區(qū)嚴格分開，臟區(qū)盡可能置于主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，以減少放射性污染。滿足核電廠生產(chǎn)工藝流程要求，便于設(shè)備運輸，減少廠區(qū)管線的迂回和縱橫交叉。反應(yīng)堆廠房、輔助廠房和燃料廠房，都應(yīng)設(shè)在同一基巖的基墊層上，防止因廠房承載或地震所產(chǎn)生的沉降差異而造成管線斷裂。 核電廠廠房布置以反應(yīng)堆廠房為中心，輔助廠房，燃料貯存廠房，主控制樓和應(yīng)急柴油發(fā)電機廠房均環(huán)繞在反應(yīng)堆廠房周圍。對于雙單元核電廠也可采用對稱布置，并共用部分

10、輔助廠房。 20核心區(qū)核心區(qū)：主要由核島和常規(guī)島組成，包括反應(yīng)堆廠房，輔助廠房，燃料貯：主要由核島和常規(guī)島組成，包括反應(yīng)堆廠房，輔助廠房，燃料貯存廠房，主控制室，應(yīng)急柴油發(fā)電機廠房，汽輪發(fā)電機廠房等。存廠房，主控制室，應(yīng)急柴油發(fā)電機廠房，汽輪發(fā)電機廠房等。三廢區(qū)三廢區(qū)：主要由廢液貯存、處理廠房，固化廠房，弱放廢物庫，固體廢物：主要由廢液貯存、處理廠房，固化廠房，弱放廢物庫，固體廢物貯存庫，特種洗衣房和特種汽車庫等組成。貯存庫，特種洗衣房和特種汽車庫等組成。供排水區(qū)供排水區(qū)：主要有循環(huán)水泵房，輸水隧洞，排水渠道，淡水凈化處理車間，：主要有循環(huán)水泵房，輸水隧洞，排水渠道，淡水凈化處理車間，消防站，

11、高壓消防泵房，排水泵房等組成。消防站，高壓消防泵房，排水泵房等組成。動力供應(yīng)區(qū)動力供應(yīng)區(qū)：主要由冷凍機站，壓縮空氣及液氮貯存氣化站，輔助鍋爐房：主要由冷凍機站，壓縮空氣及液氮貯存氣化站，輔助鍋爐房等組成。等組成。檢修及倉庫區(qū)檢修及倉庫區(qū)：包括檢修車間，材料倉庫，設(shè)備綜合倉庫及危險品倉庫等。：包括檢修車間，材料倉庫，設(shè)備綜合倉庫及危險品倉庫等。廠前區(qū)廠前區(qū)：為電廠行政辦公大樓及汽車、消防、保安及生活服務(wù)設(shè)施。：為電廠行政辦公大樓及汽車、消防、保安及生活服務(wù)設(shè)施。 21 22 23 24 25核電廠安全的基本目標核電廠安全的基本目標是限制居民和核電廠工作人員在電是限制居民和核電廠工作人員在電廠所有

12、運行工況和事故工況下所受到的射線照射廠所有運行工況和事故工況下所受到的射線照射核電廠的系統(tǒng)、設(shè)備和構(gòu)筑物對于電廠安全的作用比一般核電廠的系統(tǒng)、設(shè)備和構(gòu)筑物對于電廠安全的作用比一般常規(guī)系統(tǒng)設(shè)備和構(gòu)筑物更大，因而提出了常規(guī)系統(tǒng)設(shè)備和構(gòu)筑物更大，因而提出了設(shè)備的安全功設(shè)備的安全功能以及按其對安全的重要性分級的概念能以及按其對安全的重要性分級的概念。這種安全功能。這種安全功能分級稱為分級稱為“安全等級安全等級”。劃分安全等級的目的是提供分。劃分安全等級的目的是提供分級設(shè)計標準。對于不同安全等級的設(shè)備規(guī)定不同的設(shè)計、級設(shè)計標準。對于不同安全等級的設(shè)備規(guī)定不同的設(shè)計、制造、檢驗、試驗的要求。這樣既提高了核

13、電廠安全性，制造、檢驗、試驗的要求。這樣既提高了核電廠安全性，又避免了對某些設(shè)備要求過嚴的現(xiàn)象。又避免了對某些設(shè)備要求過嚴的現(xiàn)象。 26為保證必要的安全性，執(zhí)行安全功能的系統(tǒng)執(zhí)行下列功能：為保證必要的安全性，執(zhí)行安全功能的系統(tǒng)執(zhí)行下列功能：為安全停堆和維持其安全停堆狀態(tài)提供手段；為安全停堆和維持其安全停堆狀態(tài)提供手段；為停堆后從堆芯導(dǎo)出余熱提供手段；為停堆后從堆芯導(dǎo)出余熱提供手段；在事故后為防止放射性物質(zhì)的釋放提供手段，以確保事故在事故后為防止放射性物質(zhì)的釋放提供手段，以確保事故工況之后的任何釋放不超過容許極限工況之后的任何釋放不超過容許極限。為實現(xiàn)上述要求，我國國家核安全局在為實現(xiàn)上述要求，

14、我國國家核安全局在19861986年發(fā)布的安全年發(fā)布的安全導(dǎo)則中均規(guī)定了導(dǎo)則中均規(guī)定了2020種安全功能項目。主要內(nèi)容有：在完種安全功能項目。主要內(nèi)容有：在完成所有停堆操作后，將反應(yīng)堆維持在安全停堆狀態(tài)；將成所有停堆操作后，將反應(yīng)堆維持在安全停堆狀態(tài)；將其它安全系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)移到最終熱阱；維持反應(yīng)堆冷卻其它安全系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)移到最終熱阱；維持反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的完整性；限制安全殼內(nèi)的放射性物質(zhì)向外劑壓力邊界的完整性；限制安全殼內(nèi)的放射性物質(zhì)向外釋放等。釋放等。 27為了對每項功能按其對安全的重要性分級，可以采用為了對每項功能按其對安全的重要性分級，可以采用確定確定論和概率論論和概率論兩種分級方法

15、。兩種分級方法。確定論法確定論法常對那些對安全有重要作用的、其損壞會導(dǎo)致嚴常對那些對安全有重要作用的、其損壞會導(dǎo)致嚴重放射性釋放事故的系統(tǒng)、設(shè)備和構(gòu)筑物提出各種要求。重放射性釋放事故的系統(tǒng)、設(shè)備和構(gòu)筑物提出各種要求。這些要求帶有強制性而不需要直接考慮損壞的幾率或減這些要求帶有強制性而不需要直接考慮損壞的幾率或減輕事故后果的作用。輕事故后果的作用。概率論法概率論法則根據(jù)需要某一安全功能所起的作用幾率以及該則根據(jù)需要某一安全功能所起的作用幾率以及該安全功能失效的后果來評價安全重要性。此法在確定各安全功能失效的后果來評價安全重要性。此法在確定各系統(tǒng)、設(shè)備和構(gòu)筑物的安全重要性的相對值時特別有用。系統(tǒng)、

16、設(shè)備和構(gòu)筑物的安全重要性的相對值時特別有用。大多數(shù)國家同時采用兩種方法，通過對各種堆型所作大量大多數(shù)國家同時采用兩種方法，通過對各種堆型所作大量假想事故分析的研究成果，可評價發(fā)生假想事故時執(zhí)行假想事故分析的研究成果，可評價發(fā)生假想事故時執(zhí)行某安全功能的幾率以及該安全功能失效的后果。某安全功能的幾率以及該安全功能失效的后果。 28安全一級安全一級安全一級主要包括組成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)承壓邊界的所有部件。安全一級主要包括組成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)承壓邊界的所有部件。安全二級安全二級主要指反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)承壓邊界內(nèi)不屬于安全一級的各種部件，主要指反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)承壓邊界內(nèi)不屬于安全一級的各種部件，以及為執(zhí)行

17、所有事故工況下停堆、維持堆芯冷卻劑總量和排出堆芯以及為執(zhí)行所有事故工況下停堆、維持堆芯冷卻劑總量和排出堆芯熱量及限制放射性物質(zhì)向外釋放的各種部件。熱量及限制放射性物質(zhì)向外釋放的各種部件。安全三級安全三級主要指下述一些輔助系統(tǒng)的設(shè)備：控制反應(yīng)性提供硼酸的系統(tǒng)，輔主要指下述一些輔助系統(tǒng)的設(shè)備：控制反應(yīng)性提供硼酸的系統(tǒng)，輔助給水系統(tǒng)；設(shè)備冷卻水系統(tǒng)助給水系統(tǒng)；設(shè)備冷卻水系統(tǒng)安全四級安全四級核島中不屬于安全一、二、三級的設(shè)備為非核安全等級。核島中不屬于安全一、二、三級的設(shè)備為非核安全等級。 29與其他電能生產(chǎn)相比，核電廠的最大特點之一，是在運行同時要產(chǎn)生與其他電能生產(chǎn)相比，核電廠的最大特點之一，是在運

18、行同時要產(chǎn)生大量放射性裂變物質(zhì)。核電廠設(shè)計的首要問題，就是要在正常工況大量放射性裂變物質(zhì)。核電廠設(shè)計的首要問題，就是要在正常工況或事故工況下，能把這些放射性物質(zhì)嚴加控制，把對個人的照射減或事故工況下，能把這些放射性物質(zhì)嚴加控制，把對個人的照射減少到可接受的水平，確保工作人員與公眾的安全。為此，許多國家少到可接受的水平，確保工作人員與公眾的安全。為此，許多國家都規(guī)定了嚴格的核電廠建造審批程序，制訂各種安全規(guī)范及設(shè)計準都規(guī)定了嚴格的核電廠建造審批程序，制訂各種安全規(guī)范及設(shè)計準則。核電廠采取比常規(guī)能源系統(tǒng)高得多的設(shè)計、建造和運行標準，則。核電廠采取比常規(guī)能源系統(tǒng)高得多的設(shè)計、建造和運行標準，采用比常

19、規(guī)工業(yè)嚴密得多的質(zhì)量控制與質(zhì)量保證體系。核電廠采用采用比常規(guī)工業(yè)嚴密得多的質(zhì)量控制與質(zhì)量保證體系。核電廠采用的安全性準則是的安全性準則是多重屏障與縱深防御多重屏障與縱深防御；在設(shè)計中必須對各種可預(yù)見；在設(shè)計中必須對各種可預(yù)見和不可預(yù)見的事件作出分析，并作出環(huán)境影響評價。與此相應(yīng)，核和不可預(yù)見的事件作出分析，并作出環(huán)境影響評價。與此相應(yīng)，核電廠必須有確定可靠的反應(yīng)堆保護系統(tǒng)與專設(shè)安全設(shè)施，以盡量減電廠必須有確定可靠的反應(yīng)堆保護系統(tǒng)與專設(shè)安全設(shè)施，以盡量減輕由于設(shè)備、系統(tǒng)失效、操作失誤以及像地震、飛機墜落、洪水、輕由于設(shè)備、系統(tǒng)失效、操作失誤以及像地震、飛機墜落、洪水、龍卷風(fēng)等自然災(zāi)害可能造成的危

20、害。龍卷風(fēng)等自然災(zāi)害可能造成的危害。 30多重屏障多重屏障縱深防御縱深防御單單 一一 故故 障障 準準 則則 抗自然災(zāi)害的功能抗自然災(zāi)害的功能 輻輻 照照 劑劑 量量 標標 準準 311 1 定義：聚變反應(yīng)，裂變反應(yīng)，核燃料，一次核燃料，二次再生核燃定義：聚變反應(yīng)，裂變反應(yīng)，核燃料，一次核燃料，二次再生核燃料，易裂變核素，可轉(zhuǎn)換核素，天然鈾，富集鈾，鏈式反應(yīng)，裂變料，易裂變核素，可轉(zhuǎn)換核素，天然鈾，富集鈾，鏈式反應(yīng)，裂變產(chǎn)物產(chǎn)物2 2 反應(yīng)堆分類反應(yīng)堆分類3 3 與沸水堆核電廠不同，壓水堆核電廠采用間接循環(huán)，即推動汽輪機與沸水堆核電廠不同，壓水堆核電廠采用間接循環(huán)，即推動汽輪機做功的蒸汽在蒸汽

21、發(fā)生器中產(chǎn)生。反應(yīng)堆冷卻劑將堆芯熱量載出，做功的蒸汽在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生。反應(yīng)堆冷卻劑將堆芯熱量載出，通過蒸汽發(fā)生器傳給給水。這樣做的優(yōu)點是一回路成為隔離放射性通過蒸汽發(fā)生器傳給給水。這樣做的優(yōu)點是一回路成為隔離放射性的一道屏障，但多了蒸汽發(fā)生器。的一道屏障，但多了蒸汽發(fā)生器。4 4 壓水堆核電廠主要由一回路、二回路和循環(huán)水回路三個回路組成。壓水堆核電廠主要由一回路、二回路和循環(huán)水回路三個回路組成。一回路生產(chǎn)蒸汽，二回路和三回路將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為推動汽輪發(fā)一回路生產(chǎn)蒸汽，二回路和三回路將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為推動汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動的機械能。電機組轉(zhuǎn)動的機械能。 32反應(yīng)堆廠房包容反應(yīng)堆和一回路的所有設(shè)備

22、。以反應(yīng)堆廠房為中心，反應(yīng)堆廠房包容反應(yīng)堆和一回路的所有設(shè)備。以反應(yīng)堆廠房為中心，還有汽輪機廠房，包容一回路輔助系統(tǒng)及安全設(shè)施系統(tǒng)的核輔助廠還有汽輪機廠房，包容一回路輔助系統(tǒng)及安全設(shè)施系統(tǒng)的核輔助廠房，燃料廠房等。房，燃料廠房等。核電廠的系統(tǒng)、設(shè)備和構(gòu)筑物對于電廠安全的作用比一般常規(guī)系統(tǒng)設(shè)核電廠的系統(tǒng)、設(shè)備和構(gòu)筑物對于電廠安全的作用比一般常規(guī)系統(tǒng)設(shè)備和構(gòu)筑物更大，因而提出了設(shè)備的安全功能以及按其對安全的重備和構(gòu)筑物更大，因而提出了設(shè)備的安全功能以及按其對安全的重要性分級的概念。要性分級的概念。現(xiàn)代壓水堆核電廠設(shè)計中，應(yīng)遵循多道屏障、縱深防御、單一故障準現(xiàn)代壓水堆核電廠設(shè)計中，應(yīng)遵循多道屏障、縱深防御、單一故障準則，具有抗御自