核能-核電技術(shù)

1、1第一節(jié)第一節(jié)2 一、核能概述一、核能概述 1. 1.核電是安全潔凈有競爭力的能源核電是安全潔凈有競爭力的能源 一座一座100100萬千瓦的煤電站每年至少排出萬千瓦的煤電站每年至少排出2400024000噸噸COCO2 2，360360噸噸SOSO2 2,67,67噸噸NONO2 2和和3 3噸噸其他氣體。其他氣體。核電站就沒有這些問題。根據(jù)相對危害指核電站就沒有這些問題。根據(jù)相對危害指數(shù)的分析計(jì)算，煤電站氣體排放物對人們數(shù)的分析計(jì)算，煤電站氣體排放物對人們健康的危害比核電站大健康的危害比核電站大18801880倍，燃油電站倍，燃油電站氣體排放物對健康的危害比核電站大氣體排放物對健康的危害比核

2、電站大830830倍。倍。3Coal70Natural Gas0Oil 30Nuclear0二氧化硫排放二氧化硫排放 ( (1000 1000 兆瓦裝置兆瓦裝置 ) ) （單位：千噸（單位：千噸/ /每年）每年）4Coal 26Natural gas16Oil 14Nuclear 0二氧化氮排放二氧化氮排放 ( (1000 1000 兆瓦裝置兆瓦裝置 ) ) （單位：千噸（單位：千噸/ /每年）每年）5Coal 6000Natural Gas 3000Oil 5000Nuclear0二氧化碳排放二氧化碳排放 ( (1000 1000 兆瓦裝置兆瓦裝置 ) ) （單位：千噸（單位：千噸/ /每年

3、）每年）6與煤電站相比，核電站產(chǎn)生的與煤電站相比，核電站產(chǎn)生的廢物廢物只有它的只有它的十萬分之五左右。一座十萬分之五左右。一座100100萬千瓦煤電站每年萬千瓦煤電站每年消耗消耗煤就算煤就算230230萬噸，每天要用萬噸，每天要用100100車皮的火車皮的火車運(yùn)煤；而同樣發(fā)電容量的核電站每年消耗車運(yùn)煤；而同樣發(fā)電容量的核電站每年消耗鈾一車皮。鈾一車皮。煤電站每年產(chǎn)生灰渣煤電站每年產(chǎn)生灰渣2525萬噸，每天要用萬噸，每天要用3030車皮的火車運(yùn)車皮的火車運(yùn)渣渣，核電站每年只產(chǎn)生，核電站每年只產(chǎn)生11.611.6噸噸的各類廢物。的各類廢物。核電站產(chǎn)生的核電站產(chǎn)生的放射性廢物放射性廢物包括固體，液體

4、和包括固體，液體和氣體。其中固體廢物量很少，采取貯存或焚氣體。其中固體廢物量很少，采取貯存或焚燒后貯存的辦法。排放到環(huán)境中只是廢氣和燒后貯存的辦法。排放到環(huán)境中只是廢氣和低放廢液。低放廢液。 7 核電站向外界產(chǎn)生微量輻射，但是這種核電站向外界產(chǎn)生微量輻射，但是這種微量輻射對人們并不構(gòu)成任何危險。微量輻射對人們并不構(gòu)成任何危險。 我們?nèi)祟悘墓诺浇褚恢鄙钤谝粋€放射我們?nèi)祟悘墓诺浇褚恢鄙钤谝粋€放射性的世界中，我們周圍的自然環(huán)境充滿性的世界中，我們周圍的自然環(huán)境充滿著輻射。這種輻射來自土壤、水和空氣著輻射。這種輻射來自土壤、水和空氣中的中的天然放射性天然放射性（如自然界的（如自然界的元素鈾、元素鈾

5、、鉀鉀4040和氘和氘等）以及宇宙線輻射。煙草等）以及宇宙線輻射。煙草中含有微量放射性元素中含有微量放射性元素釙釙210210，這可能，這可能是導(dǎo)致肺癌的一個因素。煤電站由于煤是導(dǎo)致肺癌的一個因素。煤電站由于煤含有天然放射性材料也放出輻射線。地含有天然放射性材料也放出輻射線。地?zé)犭娬镜恼羝杏袝r含有放射性氣體熱電站的蒸汽中有時含有放射性氣體氡氡。8各種液體的放射性水準(zhǔn)各種液體的放射性水準(zhǔn) 核電站排出的水核電站排出的水110微微居里微微居里升升家用水家用水20河水河水10100啤酒啤酒130海水海水350威士忌酒威士忌酒1200牛奶牛奶14009核電站排放物會使人的一生壽命縮短核電站排放物會使人

6、的一生壽命縮短2424秒。這與因秒。這與因抽煙縮短壽命抽煙縮短壽命7 71010年相比，可以說微乎其微年相比，可以說微乎其微減壽因素減壽因素 平均縮短壽命平均縮短壽命 體重超過正常的體重超過正常的25% 3.6年年 男性比女性短壽男性比女性短壽 3.0年年 抽煙每天抽煙每天1盒盒 7.0年年 每天每天2盒盒 10.0年年 居住在城市居住在城市 5.0年年 1970年核電站輻射年核電站輻射 小于小于1分鐘分鐘 2000年核電站發(fā)電量年核電站發(fā)電量小于小于30分鐘分鐘 10 19731973年開始，主要工業(yè)國的核電成本與年開始，主要工業(yè)國的核電成本與火電相當(dāng)。以后隨著石油調(diào)價和核電技火電相當(dāng)。以后

7、隨著石油調(diào)價和核電技術(shù)的逐步成熟，核電成本已經(jīng)低于油電術(shù)的逐步成熟，核電成本已經(jīng)低于油電站、煤電站和油煤電站的成本。站、煤電站和油煤電站的成本。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，美、法、英、德國和加拿大等據(jù)統(tǒng)計(jì)，美、法、英、德國和加拿大等國的國的核電成本平均比火電低核電成本平均比火電低1 13 3左右左右。19761976年，美國由于采用核電節(jié)省了年，美國由于采用核電節(jié)省了1414億億美元，相當(dāng)于節(jié)省美元，相當(dāng)于節(jié)省 90009000萬噸煤或萬噸煤或 3250032500萬桶石油。萬桶石油。11Energy conversion - FuelsEnergy conversion - FuelsFirewoodFire

8、wood16 MJ/kg16 MJ/kgBrown coalBrown coal9 MJ/kg9 MJ/kgBlack coal (low Quality)Black coal (low Quality)13-20 MJ/kg13-20 MJ/kgBlack coalBlack coal24-30 MJ/kg24-30 MJ/kgNatural GasNatural Gas39 MJ/m39 MJ/m3 3Crude OilCrude Oil45-46 MJ/kg45-46 MJ/kgUranium in light water Uranium in light water reactorre

9、actor500,000 MJ/kg500,000 MJ/kg12 二、原子與原子核二、原子與原子核 地球上存在的元素中，第地球上存在的元素中，第92號元素鈾是號元素鈾是唯一容易裂變的元素唯一容易裂變的元素 天然鈾有三種同位素：鈾天然鈾有三種同位素：鈾238，占，占99.27%；鈾鈾235，占，占0.724%；鈾鈾234，占，占0.006%。 0.724%為鈾為鈾235的天然豐度。任意的天然豐度。任意找來十萬個鈾原子，其中的鈾找來十萬個鈾原子，其中的鈾235原子原子是七百多個。是七百多個。 13 三、核能的來源三、核能的來源 當(dāng)中子和質(zhì)子形成原子核時會放出能量，當(dāng)中子和質(zhì)子形成原子核時會放出能

10、量，這樣的能量稱為該原子核的這樣的能量稱為該原子核的結(jié)合能結(jié)合能。 結(jié)合能的大小可以通過下列愛因斯坦的結(jié)合能的大小可以通過下列愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式質(zhì)能關(guān)系式求得求得 E=mcE=mc2 2(1-1)(1-1) 式中式中 E-E-結(jié)合能結(jié)合能( (焦焦) )，m-m-質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損( (公斤公斤) )，c-c-光速光速( (米米/ /秒秒) )。 不同原子核俘獲中子后得到的結(jié)合能不不同原子核俘獲中子后得到的結(jié)合能不同。同。1415 核裂變核裂變 自然界存在的天然鈾由三種同位素自然界存在的天然鈾由三種同位素238U、235U和和234U組成，其中僅組成，其中僅235U在熱中子在熱中子作用下會發(fā)生

11、裂變，也可用人工方法作用下會發(fā)生裂變，也可用人工方法(通通過反應(yīng)堆運(yùn)行過反應(yīng)堆運(yùn)行)制取制取233U、239Pu等易裂等易裂變核素變核素 。目前世界上己建成的核反應(yīng)堆。目前世界上己建成的核反應(yīng)堆絕大部分是以絕大部分是以235U作為燃料。作為燃料。235U核裂核裂變反應(yīng)的一般式為變反應(yīng)的一般式為 ：fAZAZEnYXnU102211102359216可見每公斤可見每公斤鈾核裂變所鈾核裂變所釋放的能最釋放的能最相當(dāng)相當(dāng)2700噸噸優(yōu)質(zhì)煤燃燒優(yōu)質(zhì)煤燃燒所釋故的能所釋故的能量，即比同量，即比同樣質(zhì)量的優(yōu)樣質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)煤所放出質(zhì)煤所放出的能量約大的能量約大270萬倍。萬倍。17 核聚變核聚變 兩個較輕的原

12、子核聚合成一個較重的原兩個較輕的原子核聚合成一個較重的原子核，同時放出巨大的能量，這種反應(yīng)子核，同時放出巨大的能量，這種反應(yīng)叫輕核聚變反應(yīng)。它是取得核能的重要叫輕核聚變反應(yīng)。它是取得核能的重要途徑之一。由于原子核間有很強(qiáng)的靜電途徑之一。由于原子核間有很強(qiáng)的靜電排斥力，因此在一般條件下，發(fā)生聚變排斥力，因此在一般條件下，發(fā)生聚變反應(yīng)的概率很小。反應(yīng)的概率很小。18 在太陽等恒星內(nèi)部，因壓力、溫度極高，在太陽等恒星內(nèi)部，因壓力、溫度極高，輕核才有足夠的動能去克服靜電斥力而輕核才有足夠的動能去克服靜電斥力而發(fā)生持續(xù)的聚變。自持的核聚變反應(yīng)必發(fā)生持續(xù)的聚變。自持的核聚變反應(yīng)必須在極高的壓力和溫度下進(jìn)行

13、，故稱為須在極高的壓力和溫度下進(jìn)行，故稱為“熱核聚變反應(yīng)熱核聚變反應(yīng)”。它是太陽和其他恒。它是太陽和其他恒星能量的來源。星能量的來源。 氫彈是利用氫的同位素氘、氚原子核的氫彈是利用氫的同位素氘、氚原子核的聚變反應(yīng)，瞬時間釋放出巨額能量以達(dá)聚變反應(yīng)，瞬時間釋放出巨額能量以達(dá)到毀傷效果的核武器（也稱聚變彈或熱到毀傷效果的核武器（也稱聚變彈或熱核彈）。氫彈爆炸后，它釋放能量的過核彈）。氫彈爆炸后，它釋放能量的過程是不可控制的。為了利用聚變能，人程是不可控制的。為了利用聚變能，人們還在進(jìn)行們還在進(jìn)行“受控?zé)岷司圩兪芸責(zé)岷司圩儭钡脑囼?yàn)研的試驗(yàn)研究究1920 聚變能一旦成為民用能源，就能徹底解聚變能一旦成

14、為民用能源，就能徹底解決人類的能源問題。例如，輕核聚變用決人類的能源問題。例如，輕核聚變用的核燃料是的核燃料是氘和鋰氘和鋰-6-6。以氘來說，在海。以氘來說，在海水中，大約每水中，大約每65006500個水形式存在的氫原個水形式存在的氫原子中就有一個子中就有一個氘氘原子。即每立方米海水原子。即每立方米海水中含有約中含有約3 3克氘。按每個氘原子反應(yīng)時平克氘。按每個氘原子反應(yīng)時平均釋放均釋放7 7兆電子伏計(jì)算，則兆電子伏計(jì)算，則1 1米米3 3海水中的海水中的所有氘聚變后獲得的能量為所有氘聚變后獲得的能量為121210101212焦耳，焦耳，約相當(dāng)約相當(dāng)2 210103 3桶原油（一桶原油的能量

15、桶原油（一桶原油的能量約為約為6 610109 9焦耳）。焦耳）。21 地球上海洋的體積約為地球上海洋的體積約為1.51.510109 9公里公里3 3，這樣通過開發(fā)氘核聚變可以獲得比世界這樣通過開發(fā)氘核聚變可以獲得比世界儲油量多儲油量多1010億倍的能量，可供人類億倍的能量，可供人類500500億億年之用。而鋰年之用。而鋰-6-6資源的儲量更為豐富資源的儲量更為豐富。22 對于受控聚變反應(yīng)來說，核子的平均能對于受控聚變反應(yīng)來說，核子的平均能量應(yīng)超過量應(yīng)超過5 5千電子伏，這種集合體的有效千電子伏，這種集合體的有效溫度約溫度約4 410107 7K K。這時氣體原子分解為正。這時氣體原子分解為

16、正電荷核和自由電子。它們的物性完全受電荷核和自由電子。它們的物性完全受靜電和電磁現(xiàn)象控制，這種電子和離子靜電和電磁現(xiàn)象控制，這種電子和離子的集合體稱為的集合體稱為等離子體等離子體，或，或“物質(zhì)的第物質(zhì)的第四態(tài)四態(tài)”。這種用加熱辦法來實(shí)現(xiàn)的核聚。這種用加熱辦法來實(shí)現(xiàn)的核聚變稱為熱核聚變。變稱為熱核聚變。23 四、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和反應(yīng)堆分類四、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和反應(yīng)堆分類 1.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)24K K有效有效= = （系統(tǒng)內(nèi)中子的產(chǎn)生率）（系統(tǒng)內(nèi)中子的產(chǎn)生率）/ / （系統(tǒng)（系統(tǒng)內(nèi)中子的吸收率內(nèi)中子的吸收率+ +系統(tǒng)內(nèi)中子的泄漏率）系統(tǒng)內(nèi)中子的泄漏率） 若若K K有效有效=1=1，則堆內(nèi)中子數(shù)達(dá)到平衡。這，則

17、堆內(nèi)中子數(shù)達(dá)到平衡。這種情況稱反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)，穩(wěn)定運(yùn)種情況稱反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)，穩(wěn)定運(yùn)行工況相當(dāng)于這種狀態(tài)。行工況相當(dāng)于這種狀態(tài)。 若若K K有效有效111，則堆內(nèi)中子數(shù)將隨時間增加，則堆內(nèi)中子數(shù)將隨時間增加而不斷增加。這種情況稱反應(yīng)堆處于超而不斷增加。這種情況稱反應(yīng)堆處于超臨界狀態(tài)。開堆或提升功率過程就相當(dāng)臨界狀態(tài)。開堆或提升功率過程就相當(dāng)于這種狀態(tài)。于這種狀態(tài)。 因此，對于一定的幾何布置和材料成分因此，對于一定的幾何布置和材料成分組成的反應(yīng)堆達(dá)到臨界狀態(tài)、維持自持組成的反應(yīng)堆達(dá)到臨界狀態(tài)、維持自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件稱為臨界條件，它要求鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件稱為臨界條件，它要求有一定的核燃料量有一定

18、的核燃料量( (臨界質(zhì)量臨界質(zhì)量) )和一定的幾和一定的幾何尺寸何尺寸( (臨界尺寸臨界尺寸) )。26 2.反應(yīng)推的分類反應(yīng)推的分類 按用途來分，反應(yīng)堆分為按用途來分，反應(yīng)堆分為生產(chǎn)堆、動力堆和研生產(chǎn)堆、動力堆和研究堆。究堆。 生產(chǎn)堆生產(chǎn)堆是生產(chǎn)核武器裝備用的反應(yīng)堆。由于它是生產(chǎn)核武器裝備用的反應(yīng)堆。由于它為軍用服務(wù)，所以又叫軍用生產(chǎn)堆。為軍用服務(wù)，所以又叫軍用生產(chǎn)堆。 動力堆動力堆是提供動力用的反應(yīng)堆，包括發(fā)電、供是提供動力用的反應(yīng)堆，包括發(fā)電、供熱以及艦艇推進(jìn)用的反應(yīng)堆。其中最主要的是熱以及艦艇推進(jìn)用的反應(yīng)堆。其中最主要的是核電站和核潛艇用的反應(yīng)堆。核電站和核潛艇用的反應(yīng)堆。 研究堆研究

19、堆是為了從事核物理、反應(yīng)堆材料、核工是為了從事核物理、反應(yīng)堆材料、核工程等研究用的反應(yīng)堆，也可用來生產(chǎn)同位素及程等研究用的反應(yīng)堆，也可用來生產(chǎn)同位素及進(jìn)行人員培訓(xùn)，它是發(fā)展核動力必不可少的工進(jìn)行人員培訓(xùn)，它是發(fā)展核動力必不可少的工具。具。27 按反應(yīng)堆采用的冷卻劑分類按反應(yīng)堆采用的冷卻劑分類 水冷堆水冷堆：它采用水作為反應(yīng)堆的冷卻劑。：它采用水作為反應(yīng)堆的冷卻劑。 氣冷堆氣冷堆：它采用氦氣作為反應(yīng)推的冷卻：它采用氦氣作為反應(yīng)推的冷卻劑。劑。 有機(jī)介質(zhì)堆有機(jī)介質(zhì)堆：它采用有機(jī)介質(zhì)作反應(yīng)堆：它采用有機(jī)介質(zhì)作反應(yīng)堆的冷卻劑。的冷卻劑。 液態(tài)金屬冷卻堆液態(tài)金屬冷卻堆：它采用液態(tài)金屬鈉作：它采用液態(tài)金屬

20、鈉作反應(yīng)堆的冷卻劑。反應(yīng)堆的冷卻劑。 28 按反應(yīng)堆采用的核燃料按反應(yīng)堆采用的核燃料 分類分類 天然鈾堆天然鈾堆。以天然鈾作核燃料。以天然鈾作核燃料。 濃縮鈾堆濃縮鈾堆。以濃縮鈾作核燃料。以濃縮鈾作核燃料。 釷（釷（tutu）堆）堆。以釷作核燃料。以釷作核燃料。 按反應(yīng)堆采用的慢化劑按反應(yīng)堆采用的慢化劑 分類分類 石墨堆石墨堆：以石墨作慢化劑。：以石墨作慢化劑。 輕水堆輕水堆：以普通水作慢化劑。：以普通水作慢化劑。 重水堆重水堆：以重水作慢化劑。：以重水作慢化劑。29 按核燃料的分布按核燃料的分布 分類分類 均勻堆。核燃料均勻分布。均勻堆。核燃料均勻分布。 非均勻堆。核燃料以燃料元件的形式不非

21、均勻堆。核燃料以燃料元件的形式不均勻分布均勻分布 按中子的能量按中子的能量 分類分類 熱中子堆熱中子堆：堆內(nèi)核裂變由熱中子引起。：堆內(nèi)核裂變由熱中子引起。 快中子堆快中子堆：堆內(nèi)核裂變由快中子引起：堆內(nèi)核裂變由快中子引起 。30 五、核電站五、核電站 1.反應(yīng)堆的組成反應(yīng)堆的組成 反應(yīng)堆主要由堆芯、反射層、屏蔽層等反應(yīng)堆主要由堆芯、反射層、屏蔽層等幾部分組成。幾部分組成。3132 2.2.各種類型的核電站各種類型的核電站壓水堆核電站壓水堆核電站 壓水堆核電站的發(fā)展大體上經(jīng)歷了四個階段：壓水堆核電站的發(fā)展大體上經(jīng)歷了四個階段： 第一階段：實(shí)驗(yàn)型核電站第一階段：實(shí)驗(yàn)型核電站 第二階段：示范型核電站

22、第二階段：示范型核電站 第三階段：商用核電站第三階段：商用核電站 第四階段：單堆總電功率在第四階段：單堆總電功率在10001000兆瓦以上的大兆瓦以上的大型核電站型核電站 壓水堆核電站是技術(shù)上最為成熟的一種核發(fā)電壓水堆核電站是技術(shù)上最為成熟的一種核發(fā)電裝置。裝置。3334 壓水堆核電站是利用壓水反應(yīng)堆釋放的壓水堆核電站是利用壓水反應(yīng)堆釋放的熱能進(jìn)行發(fā)電的核動力裝置熱能進(jìn)行發(fā)電的核動力裝置 。 圖的左半部分稱為圖的左半部分稱為核供汽系統(tǒng)核供汽系統(tǒng)(或稱一回或稱一回路系統(tǒng)路系統(tǒng))，它是將反應(yīng)堆核燃料釋放的熱，它是將反應(yīng)堆核燃料釋放的熱能送往蒸汽發(fā)生器使之產(chǎn)生蒸汽的裝置。能送往蒸汽發(fā)生器使之產(chǎn)生蒸汽

23、的裝置。 現(xiàn)代大功率壓水堆核電站的核供汽系統(tǒng)現(xiàn)代大功率壓水堆核電站的核供汽系統(tǒng)一般有一般有24個并聯(lián)環(huán)路，對稱地布置在個并聯(lián)環(huán)路，對稱地布置在反應(yīng)堆壓力容器的四周。每一條環(huán)路都反應(yīng)堆壓力容器的四周。每一條環(huán)路都由冷卻劑泵、蒸汽發(fā)生器以及相應(yīng)的管由冷卻劑泵、蒸汽發(fā)生器以及相應(yīng)的管道閥門組成。此外，核供汽系統(tǒng)還設(shè)有道閥門組成。此外，核供汽系統(tǒng)還設(shè)有一臺穩(wěn)壓器，用來穩(wěn)定系統(tǒng)的壓力。整一臺穩(wěn)壓器，用來穩(wěn)定系統(tǒng)的壓力。整個核供汽系統(tǒng)布置在一個大安全殼內(nèi)。個核供汽系統(tǒng)布置在一個大安全殼內(nèi)。35 圖的右半部分稱為熱能圖的右半部分稱為熱能-電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(或稱或稱二回路系統(tǒng)二回路系統(tǒng))，它與常規(guī)電站

24、的動，它與常規(guī)電站的動力回路沒有顯著差別。力回路沒有顯著差別。 熱能電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由飽和蒸汽汽熱能電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組、冷凝器、凝結(jié)水泵、低壓輪發(fā)電機(jī)組、冷凝器、凝結(jié)水泵、低壓加熱器、給水泵、高壓加熱器、中間去加熱器、給水泵、高壓加熱器、中間去濕再熱裝置和相應(yīng)的管道閥門組成。二濕再熱裝置和相應(yīng)的管道閥門組成。二回路系統(tǒng)不與帶放射性的物質(zhì)直接接觸，回路系統(tǒng)不與帶放射性的物質(zhì)直接接觸，因此在正常運(yùn)行時，它是沒有放射性的。因此在正常運(yùn)行時，它是沒有放射性的。 3637 按照壓水堆的工作原理，原則上不允許按照壓水堆的工作原理，原則上不允許冷卻劑水發(fā)生沸騰。冷卻劑水發(fā)生沸騰。 為了得

25、到高溫水，反應(yīng)堆必須在高壓力為了得到高溫水，反應(yīng)堆必須在高壓力(15.5兆帕左右兆帕左右)狀態(tài)下工作。狀態(tài)下工作。壓水堆壓水堆主主要由堆芯、堆內(nèi)構(gòu)件、壓力容器和控制要由堆芯、堆內(nèi)構(gòu)件、壓力容器和控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)等部件組成。棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)等部件組成。3839 壓水堆核電站一回路系統(tǒng)的主要設(shè)壓水堆核電站一回路系統(tǒng)的主要設(shè)備除反應(yīng)堆外，還有蒸汽發(fā)生器、備除反應(yīng)堆外，還有蒸汽發(fā)生器、冷卻劑泵、穩(wěn)壓器以及相應(yīng)的管道冷卻劑泵、穩(wěn)壓器以及相應(yīng)的管道閥門。閥門。 蒸汽發(fā)生器是一個熱交換設(shè)備，用蒸汽發(fā)生器是一個熱交換設(shè)備，用來將冷卻劑的熱量傳遞給二回路側(cè)來將冷卻劑的熱量傳遞給二回路側(cè)工質(zhì)工質(zhì)(水水)以產(chǎn)生一定壓力、溫

26、度的以產(chǎn)生一定壓力、溫度的蒸汽。蒸汽。40 二回路的主要功用是將蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)二回路的主要功用是將蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的蒸汽送往飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生的蒸汽送往飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。除飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組外，二回電。除飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組外，二回路的大部分設(shè)備及其輔助系統(tǒng)都與常規(guī)路的大部分設(shè)備及其輔助系統(tǒng)都與常規(guī)電站類似。電站類似。41 沸水堆核電站沸水堆核電站 沸水堆也是采用輕水作減速劑和冷卻劑沸水堆也是采用輕水作減速劑和冷卻劑的，與壓水堆相比較，它具有以下特點(diǎn)：的，與壓水堆相比較，它具有以下特點(diǎn)： （1）在反應(yīng)堆本體內(nèi)直接產(chǎn)生蒸汽，并在反應(yīng)堆本體內(nèi)直接產(chǎn)生蒸汽，并直接作為工質(zhì)送入汽輪機(jī)。

27、但沸水堆堆直接作為工質(zhì)送入汽輪機(jī)。但沸水堆堆芯不如壓水堆緊湊，而且芯不如壓水堆緊湊，而且堆內(nèi)布置了噴堆內(nèi)布置了噴射泵，汽水分離器和干燥器等設(shè)備射泵，汽水分離器和干燥器等設(shè)備，使，使沸水堆的壓力容器尺寸要比壓水堆的大沸水堆的壓力容器尺寸要比壓水堆的大得多。得多。42 （2）沸水堆電站系統(tǒng)比較簡單，系單回）沸水堆電站系統(tǒng)比較簡單，系單回路循環(huán)，提高了電站使用效率路循環(huán)，提高了電站使用效率 （3）因?yàn)樵诜兴讯讶萜鲀?nèi)部的上部布因?yàn)樵诜兴讯讶萜鲀?nèi)部的上部布置了汽水分離器和蒸汽干燥器，這樣，置了汽水分離器和蒸汽干燥器，這樣，只能從反應(yīng)堆底部引入控制棒驅(qū)動系統(tǒng)只能從反應(yīng)堆底部引入控制棒驅(qū)動系統(tǒng)及堆芯檢測

28、儀表系統(tǒng)，因而使維護(hù)檢修及堆芯檢測儀表系統(tǒng)，因而使維護(hù)檢修不便，且反應(yīng)堆底部應(yīng)力集中。不便，且反應(yīng)堆底部應(yīng)力集中。43 （4）沸水堆的蒸汽帶有一定的）沸水堆的蒸汽帶有一定的放射性放射性。汽輪機(jī)廠房仍需設(shè)置屏蔽，且汽輪機(jī)的汽輪機(jī)廠房仍需設(shè)置屏蔽，且汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維修都應(yīng)考慮放射性問題。設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維修都應(yīng)考慮放射性問題。 （5）沸水堆裝置采用噴射泵提高冷卻劑）沸水堆裝置采用噴射泵提高冷卻劑的循環(huán)能力，安全殼帶弛壓系統(tǒng)。的循環(huán)能力，安全殼帶弛壓系統(tǒng)。 （6）沸水堆可用控制棒以及改變再循環(huán)）沸水堆可用控制棒以及改變再循環(huán)泵的流量來控制調(diào)節(jié)功率。因此運(yùn)行靈泵的流量來控制調(diào)節(jié)功率。因此運(yùn)行靈活。但

29、它的燃料比功率小，在同樣功率活。但它的燃料比功率小，在同樣功率條件下核燃料裝置比壓水堆多條件下核燃料裝置比壓水堆多50%。44 沸水堆電站與壓水堆電站各有其優(yōu)缺點(diǎn)，沸水堆電站與壓水堆電站各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上不相上下。因此有些在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上不相上下。因此有些國家，如美國、日本、聯(lián)邦德國，在建國家，如美國、日本、聯(lián)邦德國，在建壓水堆核電站的同時也建造沸水堆核電壓水堆核電站的同時也建造沸水堆核電站。它是目前國外核電站中僅次于壓水站。它是目前國外核電站中僅次于壓水堆的主要堆型之一，約占總核發(fā)電容量堆的主要堆型之一，約占總核發(fā)電容量的的28%。4546 重水堆核電站重水堆核電站 以重水為減速

30、劑的反應(yīng)堆稱重水堆。重以重水為減速劑的反應(yīng)堆稱重水堆。重水堆的冷卻劑可以用重水，也可以用輕水堆的冷卻劑可以用重水，也可以用輕水、有機(jī)物質(zhì)或水、有機(jī)物質(zhì)或COCO2 2氣體。與輕水堆比較，氣體。與輕水堆比較，重水堆的主要優(yōu)點(diǎn)是：重水堆的主要優(yōu)點(diǎn)是： (1)(1)因重水的中子慢化能力好因重水的中子慢化能力好( (其慢化比其慢化比是普通水的是普通水的300300多倍多倍) )，故重水堆可以采，故重水堆可以采用價格便宜的天然鈾作燃料。用價格便宜的天然鈾作燃料。47 (2)(2)能更有效地利用核燃料。重水堆的最能更有效地利用核燃料。重水堆的最大燃耗深度可達(dá)大燃耗深度可達(dá)8000-100008000-10

31、000兆瓦兆瓦日日/ /噸，噸，這樣含這樣含235235U 0.714%U 0.714%的天然鈾可燃燒至的天然鈾可燃燒至0.13%(0.13%(235235U)U)，比濃縮鈾廠的尾料中，比濃縮鈾廠的尾料中235235U U的的含量還低含量還低( (一般尾料中合一般尾料中合235235U U是是0.25-0.25-0.30%)0.30%)。同容量的重水堆電站與壓水堆。同容量的重水堆電站與壓水堆電站比較，重水堆的天然鈾用量比壓水電站比較，重水堆的天然鈾用量比壓水堆少堆少2020一一30%30%。48 (3)(3)由于可連續(xù)更換燃料，產(chǎn)钚量比壓水由于可連續(xù)更換燃料，產(chǎn)钚量比壓水堆的高堆的高2 2倍左

32、右。倍左右。 但是，重水堆的發(fā)展不如輕水堆，主要但是，重水堆的發(fā)展不如輕水堆，主要問題是重水的用量大，而且價格昂貴；問題是重水的用量大，而且價格昂貴；重水回路的設(shè)備比較復(fù)雜，造價比壓水重水回路的設(shè)備比較復(fù)雜，造價比壓水堆電站高堆電站高1/41/3；基本投資費(fèi)用比壓；基本投資費(fèi)用比壓水堆高水堆高15；電成本亦比壓水堆高；電成本亦比壓水堆高25。此外，重水的泄漏會造成此外，重水的泄漏會造成“氚害氚害”，因，因此防止泄漏和回收泄漏的重水是重水堆此防止泄漏和回收泄漏的重水是重水堆的一個特有的安全問題。的一個特有的安全問題。49 重水堆核電站主要是由加拿大發(fā)展起來重水堆核電站主要是由加拿大發(fā)展起來的，六

33、十年代初問世，七十年代達(dá)到商的，六十年代初問世，七十年代達(dá)到商用。主要型式是用。主要型式是坎杜坎杜(CANDU)型重水型重水堆。堆。Pickering - Ontario Power Generation8 units - 540 MWe each50 坎杜坎杜型重水堆型重水堆是以天然鈾作燃料，以是以天然鈾作燃料，以重水作慢化劑和冷卻劑，用數(shù)百根壓力重水作慢化劑和冷卻劑，用數(shù)百根壓力管代替整體的壓力容器，構(gòu)成臥式反應(yīng)管代替整體的壓力容器，構(gòu)成臥式反應(yīng)堆，可通過增加壓力管數(shù)來擴(kuò)大堆容量，堆，可通過增加壓力管數(shù)來擴(kuò)大堆容量，有利于標(biāo)準(zhǔn)化，且有利于標(biāo)準(zhǔn)化，且可實(shí)現(xiàn)不停堆裝卸料可實(shí)現(xiàn)不停堆裝卸料。但是

34、但是坎杜坎杜型堆的重水初裝最大，一座型堆的重水初裝最大，一座620兆瓦兆瓦(電電)的的坎杜坎杜型堆核電站需要型堆核電站需要470噸重水。噸重水。5152 氣冷堆核電站氣冷堆核電站 氣冷堆是用氣體（氣冷堆是用氣體（二氧化碳或氦氣二氧化碳或氦氣）作）作冷卻劑、石墨作慢化劑的一種反應(yīng)堆。冷卻劑、石墨作慢化劑的一種反應(yīng)堆。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和所選用的核燃料、冷卻根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和所選用的核燃料、冷卻劑的不同，劑的不同，氣冷堆又可分為鎂諾克斯氣冷堆又可分為鎂諾克斯（Magnox）氣冷堆、改進(jìn)型氣冷堆）氣冷堆、改進(jìn)型氣冷堆（AGR）和高溫氣冷堆（）和高溫氣冷堆（HTGR）三種）三種。在氣冷堆核電站中，通常把從堆芯出

35、來在氣冷堆核電站中，通常把從堆芯出來的高溫氣體輸送到蒸汽發(fā)生器中，將熱的高溫氣體輸送到蒸汽發(fā)生器中，將熱量傳遞給二回路的給水以產(chǎn)生蒸汽，冷量傳遞給二回路的給水以產(chǎn)生蒸汽，冷卻后的氣體經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后再重新回卻后的氣體經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后再重新回到堆芯。到堆芯。53 對于高溫氣冷堆，也可以不用中間蒸汽對于高溫氣冷堆，也可以不用中間蒸汽發(fā)生器，而把高溫氣體直接送入燃?xì)廨啺l(fā)生器，而把高溫氣體直接送入燃?xì)廨啓C(jī)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。與其他類型核電機(jī)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。與其他類型核電站相比較，氣冷堆核電站的主要優(yōu)點(diǎn)是站相比較，氣冷堆核電站的主要優(yōu)點(diǎn)是可在不太高的反應(yīng)堆運(yùn)行壓力下得到較可在不太高的反應(yīng)堆運(yùn)行壓力下得到

36、較高的冷卻劑出口溫度從而可提高電站的高的冷卻劑出口溫度從而可提高電站的循環(huán)冷卻劑的流量和加大堆芯的傳熱面循環(huán)冷卻劑的流量和加大堆芯的傳熱面積。因?yàn)檫@個緣故，積。因?yàn)檫@個緣故，氣冷堆的體積大氣冷堆的體積大，壓送冷卻劑的功率消耗十分可觀（一般壓送冷卻劑的功率消耗十分可觀（一般約占總生產(chǎn)電能的約占總生產(chǎn)電能的412%），它的堆），它的堆芯布置也沒有水冷堆的緊湊。芯布置也沒有水冷堆的緊湊。54 快中子增殖反應(yīng)堆快中子增殖反應(yīng)堆 快中子反應(yīng)堆是指由平均能量為快中子反應(yīng)堆是指由平均能量為0.1兆電兆電子伏以上的子伏以上的快中子快中子引起核裂變的反應(yīng)堆，引起核裂變的反應(yīng)堆，簡稱為快堆。簡稱為快堆。 在快中子

37、反應(yīng)堆中核燃料每俘獲在快中子反應(yīng)堆中核燃料每俘獲1個中子個中子發(fā)生裂變時，平均可釋放發(fā)生裂變時，平均可釋放3個中子，除需個中子，除需1個中子用來維持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)外，余下個中子用來維持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)外，余下的中子可以使的中子可以使238U轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兊霓D(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兊?39Pu，其轉(zhuǎn)換比可以大于其轉(zhuǎn)換比可以大于1（稱為增殖比），而（稱為增殖比），而在輕水堆中轉(zhuǎn)換比一般僅為在輕水堆中轉(zhuǎn)換比一般僅為0.5左右，由左右，由于快堆具有增殖能力，因此通常又稱為于快堆具有增殖能力，因此通常又稱為快中子增殖反應(yīng)堆快中子增殖反應(yīng)堆。55 眾所周知，熱中子反應(yīng)堆核電站的鈾資眾所周知，熱中子反應(yīng)堆核電站的鈾資源利用率很

38、低，僅為源利用率很低，僅為2%左右，它無法左右，它無法將世界能量有限的鈾資源充分利用，因?qū)⑹澜缒芰坑邢薜拟欃Y源充分利用，因而，熱中子反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)潛力也是有限而，熱中子反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)潛力也是有限的。而的。而快堆快堆則不同，從理論上說，在快則不同，從理論上說，在快堆的燃料循環(huán)中基本上可以燃盡天然鈾，堆的燃料循環(huán)中基本上可以燃盡天然鈾，即使考慮到燃耗深度限制和后處理回收即使考慮到燃耗深度限制和后處理回收損失等因素，鈾資源利用率也可以達(dá)到損失等因素，鈾資源利用率也可以達(dá)到6070%甚至更高的水平。因此，它是甚至更高的水平。因此，它是一種被公認(rèn)的有發(fā)展前途的堆型。一種被公認(rèn)的有發(fā)展前途的堆型。56 快中子

39、反應(yīng)堆內(nèi)的中子應(yīng)保持高速度，快中子反應(yīng)堆內(nèi)的中子應(yīng)保持高速度，因?yàn)橐坏┲凶颖宦?，不但每次裂變反因?yàn)橐坏┲凶颖宦?，不但每次裂變反?yīng)產(chǎn)生的中子數(shù)目會減少，而且低整中應(yīng)產(chǎn)生的中子數(shù)目會減少，而且低整中子容易被堆內(nèi)各種材料俘獲，降低增殖子容易被堆內(nèi)各種材料俘獲，降低增殖能力，所以能力，所以快堆內(nèi)沒有慢化劑快堆內(nèi)沒有慢化劑。快堆的?？於训睦鋮s劑必須是導(dǎo)熱性能好而又不會慢化冷卻劑必須是導(dǎo)熱性能好而又不會慢化和俘獲中子的介質(zhì)。常用的較為理想的和俘獲中子的介質(zhì)。常用的較為理想的快堆冷卻劑有兩種：一種是液態(tài)金屬快堆冷卻劑有兩種：一種是液態(tài)金屬鈉鈉或鈉鉀合金或鈉鉀合金，另一種是，另一種是氦氣氦氣。因此目前。因

40、此目前發(fā)展的快中子增殖堆有流態(tài)金屬冷卻快發(fā)展的快中子增殖堆有流態(tài)金屬冷卻快中子增殖堆（中子增殖堆（LMFBR）和氣體冷卻快中）和氣體冷卻快中子增殖堆（子增殖堆（GCFBR）兩種。）兩種。57 液態(tài)金屬冷卻快中子增殖反應(yīng)堆（以下液態(tài)金屬冷卻快中子增殖反應(yīng)堆（以下簡稱液冷快堆）通常簡稱液冷快堆）通常以鈉作冷卻劑以鈉作冷卻劑。鈉。鈉是一種堿金屬，原子量為是一種堿金屬，原子量為22.997，熔點(diǎn)，熔點(diǎn)很低很低(97.9)，對中子的吸收和慢化作，對中子的吸收和慢化作用較小，有優(yōu)異的傳熱能力，沸點(diǎn)很高用較小，有優(yōu)異的傳熱能力，沸點(diǎn)很高(為為883)，可以使冷卻劑回路在，可以使冷卻劑回路在低壓低壓高溫高溫下工作。由于工作壓力低，鈉管道下工作。由于工作壓力低，鈉管道和設(shè)備的泄漏問題易于解決，所以鈉是和設(shè)備的泄漏問題易于解決，所以鈉是一種較理想的快堆冷卻劑。一種較理想的快堆冷卻劑。58 用鈉作冷卻劑的缺點(diǎn)是：用鈉作冷卻劑的缺點(diǎn)是：與水會發(fā)生劇與水會發(fā)生劇烈反應(yīng)烈反應(yīng)，形成氫化物，這些氫化