核安全課件1[1]

1、核安全基礎(chǔ)1基本理論基礎(chǔ)傳熱學(xué)流體力學(xué)反應(yīng)堆物理分析反應(yīng)堆熱工水力概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)核安全基礎(chǔ)核輻射物理2基本要求一、大綱要求：1.掌握核安全的基本概念和理論。2.熟悉三道屏障的概念、輻射與輻射防護(hù)的知識。3.掌握核電廠安全設(shè)計(jì)的基本知識，了解反應(yīng)堆專設(shè) 安全設(shè)施的知識。4.掌握反應(yīng)堆運(yùn)行工況與事故分類的基本概念。5.了解核電廠典型事故，了解核安全對策和嚴(yán)重事故 的處置與緩解方法及核安全文化的基本內(nèi)容。6.能夠?qū)藙恿ρb置做簡單的安全分析。3基本要求 二、教學(xué)目標(biāo)： 1、了解核安全的基本理念和現(xiàn)代核電廠的核安 全控制思想 2、掌握核安全的基本概念、理論和基本設(shè)計(jì)方 法，學(xué)習(xí)典型事故 3、更重要的

2、是希望通過該課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們 能感觸到工程技術(shù)人員是如何處理遇到的問 題和發(fā)展新的技術(shù)方法的。4第一章 引論5第一章 引論1.1 核反應(yīng)堆安全的概念1.2 核反應(yīng)堆安全特性1.3 核電廠的安全對策61.1 核反應(yīng)堆安全的概念71.1 核反應(yīng)堆安全的概念核電的本質(zhì)問題是可控的將核裂變或聚變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能。與常規(guī)化石燃料電廠的直觀比較是將燃燒鍋爐換成了反應(yīng)堆或聚變裝置需要核燃料循環(huán)，有潛在的放射性危害。核電是集現(xiàn)代科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)于一身的技術(shù)密集、資金密集的產(chǎn)業(yè)，也是目前唯一可大規(guī)模開采利用的新型清潔能源核電的產(chǎn)生：核能 熱能 機(jī)械能電能8核電與火電主要區(qū)別

3、停堆定期換料 較大過剩反應(yīng)性、超功率事故，使反應(yīng)堆運(yùn)行與控制復(fù)雜化核能釋放伴隨放射性釋放 1W熱功率相應(yīng)裂變產(chǎn)物放射性達(dá)3.71010Bq停堆后很強(qiáng)的衰變余熱 燃料元件過熱燒毀、堆芯熔化危險(xiǎn)，停堆冷卻運(yùn)行過程中帶放射性三廢物質(zhì)產(chǎn)生1.1 核反應(yīng)堆安全的概念9潛在放射性危害是核電廠特有的核安全問題。顯示核電廠工作人員及周圍公眾的放射性危害是有控制的、是符合國家有關(guān)法規(guī)要求的。表明專設(shè)安全系統(tǒng)的有效性。為了防止放射性釋放事件發(fā)生，減小事件發(fā)生后的后果，設(shè)計(jì)中采用了縱深防御的概念、設(shè)置了專設(shè)安全系統(tǒng)來對事故進(jìn)行設(shè)防。向安全當(dāng)局及公眾表明電廠的安全性。向國家核安全局提交安全分析報(bào)告。1.1 核反應(yīng)堆安

4、全的概念WHY ?101.1 核反應(yīng)堆安全的概念1、確定論的安全分析(Deterministic Methods)2、概率論安全分析(PSA-Probabilistic Safety Analysis)(PRA-Probabilistic Risk Analysis)核安全分析的方法那么我們要分析那些情況呢？11水主泵主管道蒸汽反應(yīng)性引入事故失流事故冷卻劑喪失事故蒸汽管道破裂事故給水管道破裂事故熱阱喪失事故汽輪機(jī)跳閘旁路閥門未打開SGTR1.1 核反應(yīng)堆安全的概念121.1 核反應(yīng)堆安全的概念核電廠區(qū)別與常規(guī)火電廠的特殊安全問題超功率事故，控制要求特別高。剩余發(fā)熱很強(qiáng)，需要長期冷卻。放射性（運(yùn)

5、行、停閉），需要屏蔽。產(chǎn)生大量放射性廢物，必須妥善處置。核安全問題如何防止放射性核素的釋放對工作人員、居民和環(huán)境造成的放射性危害就成為核電廠區(qū)別于常規(guī)火電廠的核安全問題。核電站的風(fēng)險(xiǎn)事故工況下不可控的放射性核素的釋放。何謂核安全問題13任何情況下不能有放射性物質(zhì)泄漏放射性放射性安全、安全、安全！從理論上來說，核電廠并非百分之一百地安全。從科學(xué)的角度看，人們能做的只是將風(fēng)險(xiǎn)降得更低。如何盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)，就構(gòu)成了核安全的目標(biāo)。1.1 核反應(yīng)堆安全的概念14風(fēng)險(xiǎn)與安全 風(fēng)險(xiǎn)：生命與財(cái)產(chǎn)損失或損傷的可能性 。事件發(fā)生造成的后果事件發(fā)生的頻率數(shù)學(xué)語言事件發(fā)生造成的后果與事件發(fā)生的頻率的乘積1.1 核反應(yīng)

6、堆安全的概念15安全：面臨的問題：安全與風(fēng)險(xiǎn)之間的權(quán)衡取舍安全目標(biāo) ？1.1 核反應(yīng)堆安全的概念如何以合理可行的手段盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)沒有危險(xiǎn)、不受威脅、不出事故161.1 核反應(yīng)堆安全的概念1 在核設(shè)施設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、及停役期間為保護(hù)工作人員、公眾和環(huán)境免受可能的放射性危害所采取的措施的總和核安全定義2 實(shí)現(xiàn)正確的運(yùn)行條件，防止事故發(fā)生或減輕事故后果，從而保護(hù)工作人員（和其他現(xiàn)場人員）、公眾和環(huán)境免受不適當(dāng)?shù)妮椛湮：Α?71.1 核反應(yīng)堆安全的概念核安全措施保障所有設(shè)備正常運(yùn)行，控制和減少對環(huán)境的放射性廢物排放；預(yù)防故障和事故的發(fā)生；限制發(fā)生的故障和事故的后果。181.1 核反應(yīng)堆安全的概念核

7、安全的總目標(biāo)輻射防護(hù)目標(biāo)技術(shù)安全目標(biāo)建立并維持一套有效的防護(hù)防御，以保護(hù)工作人員、居民及環(huán)境免受放射性危害。這并不意味著核電廠不存在其它的、常規(guī)電廠都會造成的比較普通的風(fēng)險(xiǎn)，如熱排放對環(huán)境的影響、事故引起的核電設(shè)備損壞所造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失等。對于這些常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)我們也需予以重視，但為了突出核電廠的特 殊性，它們不包括在核安全研究的范疇內(nèi)。191.1 核反應(yīng)堆安全的概念核安全的總目標(biāo)輻射防護(hù)目標(biāo)技術(shù)安全目標(biāo)保證在所有運(yùn)行狀態(tài)下核動力廠內(nèi)的輻射照射或由于該核動力廠任何計(jì)劃排放放射性物質(zhì)引起的輻射照射保持低于規(guī)定限值并且合理可行盡量低，保證減輕任何事故的放射性后果。 要求：正常情況下具有一套完整的輻射防

8、護(hù)措施事故情況下具有一套減輕事故后果的措施201.1 核反應(yīng)堆安全的概念核電站周圍0.01毫希/年我國某些高本底地區(qū)3.70毫希/年磚房0.75毫希/年宇宙射線0.45毫希/年水、糧食、蔬菜、空氣0.25毫希/年土壤0.15毫希/年乘飛機(jī)北京-歐洲往返0.04毫希/次胸部透視0.02毫希/次輻射防護(hù)目標(biāo)不排除人員受到有限的照射，也不排除法規(guī)許可的放射性物質(zhì)從處于運(yùn)行狀態(tài)的核電廠向環(huán)境的排放。此種照射和排放必須受到嚴(yán)格控制，并且必須符合運(yùn)行限值和輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。 生活中的輻射21有關(guān)國家和機(jī)構(gòu)的定量安全目標(biāo)國家（機(jī)構(gòu)）堆芯損壞頻率（次/堆年）大量放射性釋放概率（次/堆年）IAEA10-510-6U

9、RD10-510-6EUR10-510-6美國10-410-6法國10-6英國10-510-7EPR10-510-6AP1000堆芯損壞頻率達(dá)5.0910-7大量放射性釋放概率達(dá)5.9410-8221.1 核反應(yīng)堆安全的概念核安全的總目標(biāo)輻射防護(hù)目標(biāo)技術(shù)安全目標(biāo)有很大把握預(yù)防核電廠事故的發(fā)生；對于核電廠設(shè)計(jì)中考慮的所有事故，甚至對于那些概率極小 的事故都要確保其放射性后果是小的；保證那些會帶來嚴(yán)重放射性后果的嚴(yán)重事故發(fā)生的概率極低 DBA，確保放射性后果小專設(shè)安全設(shè)施BDBA，確保發(fā)生概率非常低規(guī)程性措施預(yù)防事故的發(fā)生設(shè)計(jì)運(yùn)行中貫徹一系列安全原則設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故：即核電站按確定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在設(shè)計(jì)中采

10、取了針對性措施的那些事故工況，通過專設(shè)安全設(shè)施即可應(yīng)對。 超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故：對于有些嚴(yán)重的事故，專設(shè)安全設(shè)施已不能有效制止事故的發(fā)展。231.1 核反應(yīng)堆安全的概念建立并維持一套有效的防護(hù)措施，以保證電站工作人員、公眾和環(huán)境免遭放射性危害。核電站安全總目標(biāo)輻射防護(hù)目標(biāo)技術(shù)安全目標(biāo)合理可行盡量低ALARAAs Low As Reasonably-Achievable解釋性(輔助)目標(biāo)預(yù)防事故的發(fā)生，事故后果小，確保嚴(yán)重事故發(fā)生的概率非常低241.1 核反應(yīng)堆安全的概念核安全分析的內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)核安全目標(biāo)，核電廠設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行全面的安全分析，以便確定所有輻射的來源，并評估核電廠工作人員和公眾可能受到的

11、輻射劑量，以及對環(huán)境的可能影響。核安全分析要考察以下內(nèi)容：核動力廠所有計(jì)劃的正常運(yùn)行模式；發(fā)生預(yù)計(jì)運(yùn)行事件時(shí)核電廠的性能；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故；可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故的事件序列。25261.1 核反應(yīng)堆安全的概念核安全的重要性核電的重要性:國家安全環(huán)境保護(hù)核電站存在著潛在的風(fēng)險(xiǎn)核安全是發(fā)展核電的前提與基礎(chǔ)271.1 核反應(yīng)堆安全的概念早期的核安全希平港，1957年12月蘇聯(lián)首座試驗(yàn)核電站德累斯頓，1960年7月281.1 核反應(yīng)堆安全的概念 50年代三哩島事故核電廠追求的目標(biāo)1.輻射防護(hù)目標(biāo)2.技術(shù)安全目標(biāo)1.發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性2.燃料的利用率發(fā)展第一代核電：壓水堆、沸水堆、氣冷堆、重水堆、石墨水冷堆Gen IG

12、en IIGen IIIGen IV195019601970198019902000201020202030291.1 核反應(yīng)堆安全的概念三哩島事故切爾諾貝利事故Gen IGen IIGen IIIGen IV1950196019701980199020002010202020301970年1986年第二次石油危機(jī)促進(jìn)了核電的大規(guī)模發(fā)展，形成了第二代核電技術(shù)，標(biāo)志：1、標(biāo)準(zhǔn)化2、大容量3、安全性4、批量化1、發(fā)展PSA技術(shù)2、技術(shù)改進(jìn)：硬件與后援、應(yīng)急等3、人因技術(shù)4、固有安全概念301.1 核反應(yīng)堆安全的概念切爾諾貝利事故之后Gen IGen IIGen IIIGen IV195019601

13、970198019902000201020202030開始提出并研發(fā)更為安全可信、經(jīng)濟(jì)的核電站或核能利用技術(shù)。重要啟示：安全第一、質(zhì)量第一首次提出了核安全文化的概念安全相關(guān)新目標(biāo)要求的提出AP600、CP600、AP1000、EPR、ABWR1999年開始四代技術(shù)的研發(fā)，成立GIF論壇311.2 核反應(yīng)堆安全特征321.2 核反應(yīng)堆安全特征1、強(qiáng)放射性 核能釋放伴隨著大量放射性物質(zhì)生成 1000MWe壓水堆裂變產(chǎn)物放射性高達(dá)1020Bq 防止放射性輻照危害2、高溫高壓水 壓力15.5MPa，溫度330 防止壓力過高、過低現(xiàn)象。331.2 核反應(yīng)堆安全特征3、衰變余熱 Wigner-Way公式停

14、堆功率曲線圖停堆3h，1% 額定功率停堆4周，0.1% 額定功率341.3 核電廠的安全對策 在所有情況下 有效控制反應(yīng)性確保堆 芯冷卻 包容放射性產(chǎn)物351.3 核電廠的安全對策1、有效控制反應(yīng)性燃料消耗、裂變產(chǎn)物積累，反應(yīng)堆功率變化控制類型: 緊急停堆、功率控制、補(bǔ)償控制控制方式: 控制棒、可燃毒物、可溶毒物361.3 核電廠的安全對策正常運(yùn)行情況下堆芯冷卻反應(yīng)堆停閉情況下堆芯冷卻事故工況堆芯冷卻2、確保堆芯冷卻371.3 核電廠的安全對策2、確保堆芯冷卻一回路冷卻劑在流過反應(yīng)堆堆芯時(shí)受熱，而在蒸汽發(fā)生器內(nèi)被冷卻。蒸汽發(fā)生器的二回路側(cè)由正常的主給水系統(tǒng)或輔助給水系統(tǒng)供應(yīng)給水。甩負(fù)荷時(shí)，蒸汽

15、通過蒸汽旁路系統(tǒng)排放到凝汽器或排向大氣。蒸汽發(fā)生器或余熱排出系統(tǒng)繼續(xù)導(dǎo)出堆芯余熱。SG的給水由輔助給水系統(tǒng)提供，蒸汽由蒸汽旁路系統(tǒng)排向大氣。一回路溫度、壓力下降到一定值時(shí)，由余熱排出系統(tǒng)加以冷卻。蒸汽管道破口時(shí)，安注系統(tǒng)向堆芯注入含硼水。一回路系統(tǒng)出現(xiàn)破口時(shí)，安注系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)。正常運(yùn)行停閉事故工況381.3 核電廠的安全對策3、包容放射性產(chǎn)物保持現(xiàn)場或廠房的相對負(fù)壓，防止放射性氣體或塵埃向其它區(qū)域擴(kuò)散。蒸發(fā)濃縮蒸餾水液體蒸發(fā)濃縮測定固化埋入地下釋放海中硼回收系統(tǒng)或廢液處理系統(tǒng)氣體廠房換氣活性炭過濾器排氣塔放出排放檢測391.3 核電廠的安全對策隔離包容措施多道屏障 1.燃料元件包殼 2

16、.一回路壓力邊界 3.安全殼確保屏障有效性和完整性3、包容放射性產(chǎn)物40THE END41核安全基礎(chǔ)核動力仿真研究中心42第二章 反應(yīng)堆安全設(shè)施2.1 反應(yīng)性控制2.2 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)2.3 專設(shè)安全設(shè)施43反應(yīng)堆的運(yùn)行中會產(chǎn)生大量放射性物質(zhì)，一旦發(fā)生嚴(yán)重的堆芯損毀事故，同時(shí)又發(fā)生一回路壓力邊界和安全殼破損的情況，將有可能有大量的放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。為什么要有反應(yīng)堆安全設(shè)施？44三套系統(tǒng)反應(yīng)堆控制系統(tǒng)： 控制反應(yīng)性，使反應(yīng)堆功率跟蹤電網(wǎng)變化；安全保護(hù)系統(tǒng)：在出現(xiàn)超出反應(yīng)堆控制系統(tǒng)調(diào)整能力的過渡工況時(shí)使反應(yīng)堆安全停閉；專設(shè)安全設(shè)施：減輕事故所造成的后果。45實(shí)現(xiàn)的功能：力

17、圖保持三道屏障完整！在所有情況下：正常運(yùn)行或反應(yīng)堆停閉狀態(tài)故障工況或事故狀態(tài)有效地控制反應(yīng)性確保堆芯冷卻包容放射性產(chǎn)物ControlCoolContain46控制反應(yīng)性的手段：向堆芯插入或抽出中子吸收體；改變反應(yīng)堆燃料的富集度；移動反射層；改變中子的泄漏。2.1 反應(yīng)性的控制實(shí)際使用的方法：向堆芯插入或抽出中子吸收體控制元件2.1.1 反應(yīng)性控制的方法47緊急停堆控制功率控制補(bǔ)償控制控制元件迅速引入負(fù)反應(yīng)性反應(yīng)堆緊急停閉控制元件動作迅速補(bǔ)償微小的反應(yīng)性瞬態(tài)變化補(bǔ)償控制元件動作過程非常緩慢用于補(bǔ)償燃耗、裂變產(chǎn)物積累所需的剩余反應(yīng)性也用于改變堆內(nèi)功率分布反應(yīng)性控制的三種類型48吸收體引入堆芯的三種方式補(bǔ)償