中小型反應(yīng)堆

淺談中、小型核動(dòng)力應(yīng)用姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師:核動(dòng)力是利用核裂變時(shí)釋放的能量提供動(dòng)力。核動(dòng)力最早的發(fā)展是在軍事上，尤其是在艦艇上發(fā)揮了重要作用。核動(dòng)力裝置以核能為能源，核裂變時(shí)不需要空氣，因此核潛艇能在水下長(zhǎng)期連續(xù)航行，其隱蔽性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)動(dòng)力潛艇。發(fā)展軍用核動(dòng)力的同時(shí)，早在上二十世紀(jì)四十年代，科學(xué)家就已認(rèn)識(shí)到，人類長(zhǎng)期使用的煤、石油、天然氣等化石能源，在目前大規(guī)模工業(yè)開采的情況下，很快就會(huì)枯竭。核能是一種可以替代的巨大的工業(yè)能源，核電站得到了規(guī)模的發(fā)展。中、小型核動(dòng)力發(fā)展情況介紹按照國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的分類，利用反應(yīng)堆最大功率的一半作為中小型堆功率范圍的上限，將功率范圍在150-300MW的為小型堆，300-700MW的是中型堆，700MW以上的是大型堆。出于經(jīng)濟(jì)規(guī)模等方面考慮的原因，最初發(fā)展的核動(dòng)力堆都將重點(diǎn)放在了大型反應(yīng)堆上。之后發(fā)展中國(guó)家的人口和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源日漸不足，但這些國(guó)家的財(cái)力有限，基礎(chǔ)設(shè)施不足，發(fā)展大型反應(yīng)堆有困難。既要發(fā)展電力，又要保護(hù)環(huán)境，減少CO2等有害氣體的排放，而中、小型堆總投資小，所以這些國(guó)家選擇發(fā)展中、小型核動(dòng)力就是比較合理的。其次，中、小型堆便于模塊化設(shè)計(jì)，因此能夠在工廠里面制造，便于運(yùn)輸并可以組裝成大功率的機(jī)組，這些也利于發(fā)達(dá)國(guó)家滿足邊遠(yuǎn)地區(qū)和電網(wǎng)不穩(wěn)定的地方的電力需求。另外，中、小型核動(dòng)力還有許多特殊用途：（1） 利用核能制氫，氫可以以液態(tài)儲(chǔ)存起來，而且熱效率高，燃燒產(chǎn)物只有水，核能制氫的前景廣闊。（2） 核能供熱，反應(yīng)堆專門用于區(qū)域加熱和冷卻系統(tǒng)提供熱源，由于商業(yè)和家庭用戶的能源消費(fèi)中60%是以熱能的形式消耗的，這一方法還是很有商業(yè)前途的。（3） 利用核能進(jìn)行海水淡化，隨著世界人口的不斷膨脹，淡水日益成為重要的資源，而海水資源豐富，用核能淡化海水已經(jīng)開始應(yīng)用。（4） 核動(dòng)力設(shè)備可以不依賴空氣的燃燒就能提供動(dòng)力，所以特別適合于水下，航空航天等動(dòng)力的需要。正因?yàn)橹行⌒秃藙?dòng)力的用途廣泛，總造價(jià)低，既適合發(fā)展中國(guó)家又適于發(fā)達(dá)國(guó)家，最近許多國(guó)家都對(duì)發(fā)展中、小型核動(dòng)力很有興趣。中、小型核動(dòng)力方案類型出于降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的考慮，各國(guó)普遍選擇利用已有技術(shù)，并在已有技術(shù)上提出創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，目前已有50多種創(chuàng)新性小型核動(dòng)力的設(shè)計(jì)方案，涉及到各種類型的反應(yīng)堆。（1）創(chuàng)新性水冷反應(yīng)堆創(chuàng)新性水冷反應(yīng)堆又分為：壓水堆、沸水堆、重水堆、輕水冷卻重水慢化堆等堆型。壓水堆主要有美國(guó)西屋公司的國(guó)際改進(jìn)型安全反應(yīng)堆，為一體化壓水堆，電功率343MW，換料間隔長(zhǎng)達(dá)5-10年，利用自然循環(huán)技術(shù)；沸水堆有美國(guó)通用電氣與普度大學(xué)合作開發(fā)了模塊化簡(jiǎn)化沸水堆；日本三菱重工開發(fā)了一種重水堆，電功率350MW；印度采用輕水冷卻重水慢化方式的反應(yīng)堆，電功率300MW。（2）創(chuàng)新性氣冷反應(yīng)堆創(chuàng)新性氣冷堆有熱堆和快堆之分。熱堆主要有南非的球床模塊化反應(yīng)堆；美國(guó)設(shè)計(jì)的一種熱堆，燃料采用六角棱柱形燃料元件，模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊285MW。俄羅斯設(shè)計(jì)了一種快堆電功率300MW。（3）創(chuàng)新性液體金屬冷卻反應(yīng)堆創(chuàng)新性液體金屬冷卻反應(yīng)堆又進(jìn)一步分為：鈉冷反應(yīng)堆、鉛鉍合金冷卻反應(yīng)堆、鉛冷反應(yīng)堆、融鹽冷卻反應(yīng)堆等。創(chuàng)新性中、小型核動(dòng)力設(shè)計(jì)的特點(diǎn)為了提高中小型反應(yīng)堆的安全性、增加堆芯壽命，為下一代反應(yīng)堆提供模型，創(chuàng)新性中、小型核動(dòng)力的設(shè)計(jì)采用了多種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，使得方案的設(shè)計(jì)突出如下特點(diǎn)：3.1安全創(chuàng)新性設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)提高反應(yīng)堆的固有安全性。提高反應(yīng)堆的自然循環(huán)能力。目標(biāo)是在額定功率下，可在系統(tǒng)斷電、冷卻劑斷流等情況下，保證堆芯的安全，并可在停堆后依自然循環(huán)導(dǎo)出堆芯余熱。應(yīng)用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，徹底解決安全系統(tǒng)只能依系統(tǒng)電力才能投入使用的問題，使核動(dòng)力裝置在各種事故條件下，不需人為操作，能自動(dòng)保證反應(yīng)堆的安全提高反應(yīng)堆的自動(dòng)控制水平，減少誤操作。另外設(shè)計(jì)上采取簡(jiǎn)化系統(tǒng)，減少零件的使用量，降低堆芯的功率密度，使用先進(jìn)的相容性好的材料等措施以提高安全性。3.2提高經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)時(shí)考慮（1） .可以在工廠模塊化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)裝配，這樣降低建造費(fèi)用和時(shí)間。（2） .減少主、輔系統(tǒng)的零件數(shù)量。（3） .降低主回路的壓力，以降低維護(hù)和檢查費(fèi)用。（4） .進(jìn)行系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部件采取冗余設(shè)計(jì)。3.3非現(xiàn)場(chǎng)換料這是國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）的核能技術(shù)發(fā)展部在多次會(huì)議與磋商的基礎(chǔ)上提出的概念。綜合經(jīng)濟(jì)與能源安全性的考慮，中小堆要有在一個(gè)適當(dāng)長(zhǎng)的換料周期；在運(yùn)行期內(nèi)，新燃料和換下來的燃料異地保存，且?guī)齑孀钚』?；靈活選址，既可以布置在鬧市區(qū)，也可以布置在沙漠等難以到達(dá)的地帶。中、小核動(dòng)力未來研究的方向目前在中小型核動(dòng)力研究方面有許多都是借鑒于大型反應(yīng)堆，而中小型堆有其自身的特點(diǎn)，如下一些方面還需不斷研究：（1） .自然循環(huán)，停堆后余熱排出的可靠性需要提高。（2） .高溫材料，耐高溫材料對(duì)于提高反應(yīng)堆的效率至關(guān)重要。（3） .非能動(dòng)裝置，解決在系統(tǒng)關(guān)閉的情況下，能否有效地停堆的問題。（4） .先進(jìn)的冷卻劑研究。（5） .先進(jìn)的燃料設(shè)計(jì)、制造和燃燒過程。（6） 不停堆情況下的維修與檢查。（7） 先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)。除了中小型核動(dòng)力自身深化研究的問題以外，與其他技術(shù)銜接也是研究的一個(gè)方向。根據(jù)現(xiàn)有的理論，利用堿金屬進(jìn)行熱電直接轉(zhuǎn)換的效率理論上可以達(dá)到30%,中、小型核動(dòng)力利用熱電直轉(zhuǎn)技術(shù)可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)，體積可以做到比現(xiàn)有的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)還小，噪音可以降到很低的程度，俄羅斯與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家還準(zhǔn)備開發(fā)了航天用的小型核動(dòng)力。另外，從應(yīng)用角度看，未來的中小型核動(dòng)力可以實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用的綜合，如可以一邊發(fā)電，一邊海水淡化，可以用于制氫，制氧，如高溫裂解水產(chǎn)生氫氣和氧氣，氫作為二次能源可以儲(chǔ)存，氧氣提供人生存得需要，這樣人類就可以長(zhǎng)期生活在海里，人類的生存空間將成倍擴(kuò)大。我國(guó)發(fā)展中、小型核動(dòng)力的意義我國(guó)海洋國(guó)土面積接近300萬平方公里，海岸線長(zhǎng)達(dá)1.8萬公里，海洋資源相對(duì)豐富，由于陸地資源相對(duì)枯竭，海洋資源的開發(fā)和利用日益迫切。但是我國(guó)海上島嶼分散，水下情況復(fù)雜，大型船艇往往無法利用，常規(guī)動(dòng)力的小型船艇也因續(xù)航能力有限，補(bǔ)給困難而難堪重用，而小型核動(dòng)力船艇因其有可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行-一次裝料可運(yùn)行幾年，可不依賴空氣運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，因此特別適合于海洋開發(fā)，海洋領(lǐng)土守衛(wèi)。我國(guó)地域廣闊，各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，很多地區(qū)發(fā)展大規(guī)模電站困難，另外