核電發(fā)電技術(shù)

核電技術(shù)烏拉特前旗專業(yè)中專王建提綱一、闡述了世界和國(guó)內(nèi)能源的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、介紹了核反應(yīng)的規(guī)律，通過對(duì)中子與物質(zhì)反應(yīng)規(guī)律的研究，了解核裂變反應(yīng)的過程。三、介紹了核電站的幾大類型，可以使人們對(duì)核電站有進(jìn)一步了解。四、壓水堆核電站的主要組成部分，反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)。五、對(duì)壓水堆核電站的系統(tǒng)控制和安全保護(hù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述。第一章緒論1.新能源2.世界和我國(guó)能源現(xiàn)狀3.我國(guó)核電發(fā)展情況一、時(shí)代呼喚新能源人類與能源的關(guān)系人類生存和發(fā)展的三要素物質(zhì)、能量與信息。因此，能源的發(fā)展史直接影響人類的發(fā)展史。 1.能源發(fā)展的里程碑原始社會(huì)火的使用18世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明與利用19世紀(jì)電能的使用20世紀(jì)以核能為代表的新能源的利用2.認(rèn)識(shí)能源(1)能源分類一般分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、核能、海洋能和地?zé)崮堋Ｆ渲校叭惤y(tǒng)稱化石燃料或化石能源。已被人類認(rèn)識(shí)的這些能源，在一定條件下可以轉(zhuǎn)換為人們所需的各種形式的能量。能源的分類一次能源(天然能源）：自然界中以天然形式存在并沒有加工或轉(zhuǎn)換的能量資源，如煤炭、石油、核能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?；二次能源（人工能源）：由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換成其他種類和形式的能量資源，汽油、柴油、電力、蒸汽、熱水、氫氣、激光等人工制造的能量資源。常規(guī)能源：已被人類廣泛利用并在人類生活和生產(chǎn)中起過重要作用的能源，稱為常規(guī)能源，通常是指煤炭、石油、天然氣、水能等四種。新能源：新近才被人類開發(fā)利用、有待于進(jìn)一步研究發(fā)展的能量資源稱為新能源。相對(duì)于常規(guī)能源而言，在不同的歷史時(shí)期和科技水平情況下，新能源有不同的內(nèi)容。當(dāng)今社會(huì)，新能源通常指核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、氫氣等。?）能源的來(lái)源 在我們生活的地球上，能源形形色色。總起來(lái)說有三個(gè)初始來(lái)源。(3)能源結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)量提出問題：地球上有哪些能量資源可供我們使用？它們還能維持多久？我們?cè)撛趺崔k？能源的種類一次能源：煤炭、石油、核能等自然界天然能量資源；二次能源：汽油、電力、蒸汽等人工制造的能量資源， 化學(xué)能的儲(chǔ)存量煤炭、石油、天然氣還有多少年可以讓人類開采利用？據(jù)世界能源會(huì)議統(tǒng)計(jì)，世界已探明可采煤炭?jī)?chǔ)量共計(jì)15980億噸，預(yù)計(jì)還可開采200年。探明可采石油儲(chǔ)量共計(jì)1211億噸，預(yù)計(jì)還可開采30～40年。探明可采天然氣儲(chǔ)量共計(jì)119萬(wàn)億立方米，預(yù)計(jì)還可開采60年。必須指出的是，煤炭、石油等直接燃燒用來(lái)生產(chǎn)電能與熱能實(shí)在太可惜了，且不說可能帶來(lái)的環(huán)境污染，它們還是很好的化工原料呢！

地球能源的儲(chǔ)量估計(jì)煤炭：～200年石油、天然氣：～50年核能：無(wú)窮多

水能及新能源的潛力那么水能呢？我們知道，水力是可以長(zhǎng)期開發(fā)利用的。但是，在那些大面積缺水、水力資源不豐富的國(guó)家和地區(qū)怎么辦？再說，水能還有個(gè)季節(jié)性的問題。這些都使水能無(wú)法成為世界能源結(jié)構(gòu)中唯一的主力軍。新能源中，太陽(yáng)能雖然用之不竭，但代價(jià)太高，并且就目前的技術(shù)發(fā)展情況來(lái)看，在一代人的時(shí)間里不可能迅速發(fā)展和廣泛使用。其它新能源也是如此。其它一些能源與水能相似，它們的規(guī)模受到環(huán)境、季節(jié)、地理位置等條件的限制，如風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿鹊取?/p>

核能--無(wú)窮的能源

核能分為裂變能和聚變能兩種。目前人類能正在用于和平利用的只有裂變能?？煽鼐圩兡芾眉夹g(shù)正在攻克。天然鈾的成份天然鈾中占99.3%為難裂變的鈾-238，僅有0.714%為易裂變的鈾-235。鈾-238可通過吸收一個(gè)中子變成易裂變的钚-239。作為發(fā)展核裂變能的主要原料之一的鈾，世界上已探明的鈾儲(chǔ)量約490萬(wàn)噸，釷儲(chǔ)量約275萬(wàn)噸。如果利用得好，可用2400～2800年。聚變反應(yīng)主要來(lái)源于氘-氚的核反應(yīng)，氘來(lái)可大量來(lái)自海水，氚可來(lái)自鋰。因此聚變?nèi)剂现饕请弯?，海水中氘的含量?.03克／升，據(jù)估計(jì)地球上的海水量約為138萬(wàn)億米3，所以世界上氘的儲(chǔ)量約40萬(wàn)億噸；地球上的鋰儲(chǔ)量雖比氘少得多，也有2000多億噸，用它來(lái)制造氚，足夠滿足人類對(duì)聚變能的需求。這些聚變?nèi)剂纤尫诺哪芰勘热澜绗F(xiàn)有能源總量放出的能量大千萬(wàn)倍。按目前世界能源消費(fèi)的水平，地球上可供原子核聚變的氘和氚，能供人類使用上千億年。如果人類實(shí)現(xiàn)了氘-氚的可控核聚變，核燃料就可謂“取之不盡，用之不竭了”，人類就將從根本上解決能源問題，這正是當(dāng)前核科學(xué)家們孜孜以求的所以。聚變能源不僅豐富，而且安全、清潔。聚變產(chǎn)生的放射性比裂變小的多。專家們預(yù)測(cè)，核能在未來(lái)將成為人類取之不盡的持久能源。二、世界及我國(guó)能源儲(chǔ)量和分布1.世界能源儲(chǔ)量和分布

目前，人類使用的能源最主要是非再生能源，如石油、天然氣、煤炭和裂變核燃料約占能源總消費(fèi)量的90％左右，再生能源如水力、植物燃料等只占10％左右。

世界能源儲(chǔ)量最多是太陽(yáng)能，在再生能源中占99.44％，而水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能等不?％。在非再生能源中，利用海水中的氘資源產(chǎn)生的人造太陽(yáng)能（聚變核能）幾乎占100％，煤炭、石油、天然氣、裂變核燃料加起來(lái)也不足千萬(wàn)分之一。所以，人類使用的能源歸根到底要依靠太陽(yáng)能，太陽(yáng)能是人類永恒發(fā)展的能源保證。世界能源儲(chǔ)量分布是不平衡的。石油儲(chǔ)量最多地區(qū)是中東占56.8%；天然氣和煤炭?jī)?chǔ)量最多是歐洲，各占54.6%和45%。亞洲大洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然氣都只有5%多一點(diǎn)。據(jù)預(yù)測(cè)，全世界石油儲(chǔ)量只夠開采30～40年，天然氣約60年，煤炭200年。2.我國(guó)能源儲(chǔ)量和分布我國(guó)有著豐富的能源資源。世界各國(guó)有的能量資源我國(guó)都有。我國(guó)煤炭資源（探明儲(chǔ)量）和水力資源均居世界第一位；石油資源占世界第十一位；天然氣資源占世界第十四位；太陽(yáng)能資源居世界第二位；潮汐、地?zé)?、風(fēng)力和核燃料資源都很豐富。但人均占有量很少，只有世界平均水平的一半。我國(guó)能源資源地區(qū)分布不均衡。煤炭探明儲(chǔ)量7690億噸，主要集中在華北和西北，各占59.3%和19.2%，西南占9.6%，華東占5.8%，中南3.4％，東北2.7％。石油探明儲(chǔ)量25億噸，天然氣儲(chǔ)量3800億立米，主要分布在黑龍江、遼寧、河北、河南、山東、四川、甘肅和新疆等省區(qū)內(nèi)。可開發(fā)水力資源有3.78億千瓦，年發(fā)電量1.92億千瓦時(shí)，主要集中在西南，占68％，中南占15.2％，西北占10％，華東占3.6％，東北占2％，華北占1.2％。我國(guó)太陽(yáng)能和風(fēng)能資源豐富，有很大利用潛力。資源有限，分布欠佳礦種單位世界中國(guó)中國(guó)/世界，%總量人均煤億t9842.111145.0011.6055.67石油億t1402.2532.742.3311.14天然氣萬(wàn)億m3149.381.390.914.38煤—北方，缺水油氣—西北，輸送困難水能—西南，輸送困難負(fù)荷中心—沿海、京津唐中國(guó)能源探明儲(chǔ)量在世界上的地位需求量大,浪費(fèi)嚴(yán)重需求量大年份能源總量人均量?jī)|tce%tce%中國(guó)世界美國(guó)中/世中/美中國(guó)世界美國(guó)中/世中/美199611.412429.09.239.00.912.0510.3541.38.8200012.813130.39.842.21.012.1410.7447.29.4200213.913530.910.345.01.082.2210.9048.69.9200416.514031.511.852.41.272.2911.0055.411.6202030.019537.015.481.12.143.1012.8069.016.7203550.024342.020.6119.03.333.7414.0089.023.8能源需求預(yù)測(cè)—保守的預(yù)測(cè)，2035能源翻一番。兩種可能：經(jīng)濟(jì)發(fā)展一般；或節(jié)能效果好—大約2030年總量與美國(guó)持平，但人均值仍地低于世界人均值結(jié)構(gòu)畸形，環(huán)境惡化結(jié)構(gòu)畸形：油、氣、核奇少，煤最多—SO2排放第一（煤質(zhì)差）—CO2排放第二，2020年左右將超過美國(guó)而成第一國(guó)家或世界石油天然氣煤炭核電水電世界40.624.225.07.62.7中國(guó)23.62.565.51.56.9美國(guó)38.025.224.69.01.2俄羅斯20.853.8185.12.3法國(guó)32.417.07.343.3澳大利亞30.518.630.118.61.2日本51.013.218.016.21.6韓國(guó)54.99.320.914.60.3中國(guó)能源結(jié)構(gòu)與世界比較環(huán)境惡化—全球污染最嚴(yán)重十大城市中，中國(guó)占七個(gè)—我國(guó)因酸雨而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占GDP的5%—據(jù)歐盟專題研究，燃煤造成環(huán)境損失將使煤電價(jià)格翻番現(xiàn)有能源對(duì)環(huán)境的污染大氣中的五種污染：氮氧化物（如NO與NO2）、二氧化硫（SO2）、各種懸浮顆粒物、一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮ㄈ鏑H4、C2H6、C2H4等）。主要來(lái)源：①煤、石油等化石燃料的燃燒；②汽車排放的廢氣；③工業(yè)生產(chǎn)（如各種化工廠、煉焦廠等）產(chǎn)生的廢氣。而其中燃燒化石燃料的火力發(fā)電廠是最大的固定污染源。表1-1世界CO2排放量統(tǒng)計(jì)國(guó)名排放量（百萬(wàn)噸）人均（噸/人）百分比美國(guó)5228.5219.8823.7中國(guó)3006.772.5113.6俄羅斯1547.8910.447.0日本1150.949.175.2德國(guó)884.4110.834.0印度803.000.863.6英國(guó)564.849.642.6最新世界環(huán)境可持續(xù)指數(shù)

2006年1月27日，評(píng)估世界各國(guó)（地區(qū)）環(huán)境質(zhì)量的“環(huán)境可持續(xù)指數(shù)”（ESI），在瑞士達(dá)沃斯正式對(duì)外發(fā)布。在全球144個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，芬蘭位居第一，列第二到第五的國(guó)家分別是挪威、烏拉圭、瑞典和冰島。位居倒數(shù)前5位的國(guó)家或地區(qū)分別是：朝鮮、中國(guó)臺(tái)灣、土庫(kù)曼斯坦、伊拉克和烏茲別克斯坦。中國(guó)位居第133位，全球倒數(shù)第14位。在2002年第一次發(fā)布該指數(shù)時(shí)，全球142個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，中國(guó)位居第129位，也是全球倒數(shù)第14位。

三、世界和我國(guó)核電發(fā)展現(xiàn)狀第一部分世界核電的發(fā)展概況世界正在運(yùn)行的核電機(jī)組約450余座，發(fā)電量約占世界總發(fā)電量的16%。核電80%以上集中在工業(yè)化國(guó)家。有16個(gè)國(guó)家的核發(fā)電量占國(guó)內(nèi)總發(fā)電量的25%以上。正在運(yùn)行的核電機(jī)組：美國(guó)104臺(tái)、法國(guó)59臺(tái)、日本54臺(tái)、俄羅斯30臺(tái)、英國(guó)27臺(tái)、德國(guó)19臺(tái)、韓國(guó)19臺(tái)、加拿大14臺(tái)、印度14臺(tái)、瑞典11臺(tái)。西歐國(guó)家20世紀(jì)以后核電發(fā)展停滯不前。國(guó)家核電所占比重國(guó)家核電比重立陶宛80.1日本34.5法國(guó)78.0德國(guó)29.9斯洛伐克65.4芬蘭29.8比利時(shí)57.3西班牙25.8保加利亞47.3捷克24.5烏克蘭45.7英國(guó)22.4瑞典45.7美國(guó)20.3瑞士39.5加拿大12.3韓國(guó)38.6印度3.7匈牙利36.1中國(guó)1.41.三大核電基地浙江省的秦山核電基地，5臺(tái)核電機(jī)組；廣東大亞灣核電基地，4臺(tái)核電機(jī)組；江蘇省田灣核電基地，2臺(tái)核電機(jī)組?！笆晃濉逼陂g，我國(guó)核電將在建成田灣一期的基礎(chǔ)上，建設(shè)好廣東嶺澳二期工程、秦山二期擴(kuò)建工程，爭(zhēng)取新開工建設(shè)浙江三門、山東海陽(yáng)、遼寧紅沿河、福建寧德、廣東陽(yáng)江等核電項(xiàng)目。同時(shí)做好一批核電站建設(shè)前期工作。

第二部分我國(guó)核電發(fā)展?fàn)顩r2.我國(guó)核電發(fā)展目前有兩種模式一種是靠有關(guān)股東方的投資建核電，比如秦山二期、三期和田灣核電站。這些核電站都有六個(gè)股東方，每方按照最低１０％，最多５０％進(jìn)行投資，其余按照出口信貸或融資來(lái)解決建設(shè)資金問題。另一種是廣東大亞灣和嶺澳模式，有三個(gè)股東方：中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司、廣東省政府和中國(guó)電力投資公司。三股東在國(guó)家的支持下進(jìn)行投資，按照廣東省核電發(fā)展以核供核的方式。比如說，大亞灣建成后，效益不分紅，繼續(xù)滾動(dòng)嶺澳核電站，嶺澳的效益再滾動(dòng)陽(yáng)江，在某種意義上相當(dāng)于再投資。

3.核電發(fā)展經(jīng)歷的三個(gè)階段上世紀(jì)50年代，我國(guó)電力工業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展方針是“水火并舉”；80年代改為“大力發(fā)展水電，積極發(fā)展火電，適當(dāng)發(fā)展核電”；本世紀(jì)，國(guó)家通過了《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020年)》，提出了積極推進(jìn)核電建設(shè)的發(fā)展方針。（本世紀(jì)，提高能源效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，有序發(fā)展水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極推進(jìn)核電建設(shè)，適度發(fā)展天然氣發(fā)電，鼓勵(lì)新能源發(fā)電，帶動(dòng)裝備工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，加強(qiáng)國(guó)際合作，深化體制改革。）國(guó)家或世界燃料消耗量（年）CO2SO2NO化合物灰塵運(yùn)輸成本火電廠（1000MW）250萬(wàn)t650萬(wàn)t900t4500t32萬(wàn)t1000列火車核電廠（同規(guī)模）低濃鈾25t（天然鈾150t）無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)一節(jié)車皮國(guó)外核電站的基礎(chǔ)投資比同容量火電站大50%左右，但如果把各自的燃料開采、加工和運(yùn)輸投資包括進(jìn)去，則核電和火電的綜合投資相近，國(guó)內(nèi)的分析也得到相近的結(jié)論。核電站的發(fā)電成本比火電廠低30%左右,1克鈾通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)完全裂變所釋放的能量相當(dāng)于燃燒2,400,000克的煤。污染比較

第二章核能原理第一節(jié)原子和原子核1.化學(xué)反應(yīng)與核反應(yīng)的區(qū)別？化學(xué)反應(yīng)是兩個(gè)或數(shù)個(gè)原子的電子相互作用的結(jié)果，原子核沒有改變；核反應(yīng)則使原子核發(fā)生變化，并由此引起化學(xué)性質(zhì)的改變。2.原子結(jié)構(gòu)定義：將某一種物質(zhì)分成越來(lái)越小的顆粒時(shí)，會(huì)有保持這種物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)而不能再分的時(shí)候。這些仍然具有單質(zhì)化學(xué)物質(zhì)的最小顆粒稱之為原子。原子由一個(gè)原子核與圍繞原子核不斷旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電子組成。原子成中性。原子的直徑約為10-8cm，原子核的直徑約為10-12cm。3.原子核原子核內(nèi)含有更小的粒子—質(zhì)子和中子，統(tǒng)稱為核子。中子不帶電，呈電中性；質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷。普通氫原子核只有一個(gè)質(zhì)子。原子核直徑不到原子直徑的萬(wàn)分之一。而它的質(zhì)量卻占整個(gè)原子質(zhì)量的99.94%以上。一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子的電量相同，但兩者的質(zhì)量相差甚遠(yuǎn)，而質(zhì)子和中子的質(zhì)量很相近，分別為電子質(zhì)量的1839和1837倍。4.質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)原子核中質(zhì)子與中子的總數(shù)A為原子核的質(zhì)量數(shù)。原子核中的質(zhì)子數(shù)稱為原子序數(shù)，常用Z表示。4.同位素(1)元素的化學(xué)性質(zhì)由原子核中的質(zhì)子數(shù)決定，而不是由原子量決定。(2)將具有相同的質(zhì)子數(shù)而不同中子數(shù)的同一種元素的幾種原子稱為同位素。(3)已知的一百多種化學(xué)元素中，有1500多種不同的原子核，其中300種是穩(wěn)定的同位素，1200種是放射性同位素。(4)具有相同的化學(xué)性質(zhì)，但可能有不同的物理性質(zhì)。第二節(jié)核反應(yīng)與結(jié)合能1.原子核的相互吸引力問題的提出？我們通常知道正電荷同正電荷、負(fù)電荷同負(fù)電荷相斥。但是，為何原子核中的正電荷質(zhì)子可以緊密地結(jié)合在一起？

一般我們知道，除了質(zhì)子之間的靜電斥力外，還有核子相互之間的萬(wàn)有引力。但是質(zhì)子和中子的質(zhì)量是那么微小，其萬(wàn)有引力是微不足道的，可以忽略不計(jì)。如果原子核內(nèi)再無(wú)其它的力，那么比萬(wàn)有引力強(qiáng)1037倍的電磁力，將使原子核的質(zhì)子向四面八方飛散。但是事實(shí)恰恰相反，各種元素的原子核在自然界中都能穩(wěn)定地存在著，而且質(zhì)子和其它質(zhì)子、中子相互結(jié)合得很緊湊，這就意味著核子間還有一種遠(yuǎn)比電磁力強(qiáng)的多的吸引力。這種吸引力稱為核力，是一種特別強(qiáng)大的短程作用力，是目前知道的最強(qiáng)大的作用力。它是核能的起源。2.核力的特點(diǎn)核力具有短程強(qiáng)相互作用的能力。它比電磁相互作用強(qiáng)130倍左右，作用距離只在鄰近核子之間。當(dāng)核子之間的距離小于（1.4~1.5）×10－13厘米時(shí)，核力顯得異常強(qiáng)大。一旦距離超出核半徑的范圍，核力就很快下降到零。核力與電荷無(wú)關(guān)，質(zhì)子和質(zhì)子、中子和中子、質(zhì)子和中子之間，都存在相互吸引的核力，但只在相鄰幾個(gè)核子之間存在著核力。3.放射性有許多天然和人工生產(chǎn)的核素都能自發(fā)地發(fā)射出各種射線，或稱輻射。射線的種類很多，射線，射線，宇宙射線、中子等的輻射，統(tǒng)稱粒子輻射。γ射線、X射線等的輻射，統(tǒng)稱電磁輻射。此外，還有發(fā)射正電子、質(zhì)子、中子、等其它粒子。原子核自發(fā)地放射各種射線的現(xiàn)象，稱為放射性。能自發(fā)地放射出各種射線的核素稱為放射性核素。大氣層中的宇宙射線成分主要是質(zhì)子、中子、介子、介子、電子等。3.核的結(jié)合能質(zhì)量與能量是可以轉(zhuǎn)換的愛因斯坦提出了表示質(zhì)量和能量之間關(guān)系的著名公式：其中E是能量，m是質(zhì)量，c是光速（3×108m/s)。這就是通常所說的質(zhì)能關(guān)系式。質(zhì)能虧損和結(jié)合能單個(gè)核子組成原子核時(shí)，由于核子間強(qiáng)大的核力作用，迫使核子相互強(qiáng)力碰撞而緊緊地結(jié)合時(shí)，發(fā)生了質(zhì)量濺射。減少的這份質(zhì)量，按照質(zhì)能公式轉(zhuǎn)化為能量釋放出來(lái)?？茖W(xué)家把核子結(jié)合前后的質(zhì)量差值，稱為“質(zhì)量虧損”，把結(jié)合時(shí)放出的能量稱為“結(jié)合能”。電子伏特（eV)1電子伏特表示任意一個(gè)單位電子電荷的粒子不受阻礙地通過1V電熱所獲得的能量。1eV=1.6*10-19J4.結(jié)合能的利用–核能總結(jié)合能由核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量叫做

比結(jié)合能為了比較各種原子核的緊密程度，采用每個(gè)核子的平均結(jié)合能更方便。平均結(jié)合能也稱比結(jié)合能，其數(shù)值可用總結(jié)合能除于原子核的核子數(shù)得出。

比結(jié)合能曲線從圖中可以看到，各種原子核結(jié)合的緊密程度是不一樣的。比結(jié)合能小的，結(jié)合就松；比結(jié)合能大的，結(jié)合就緊。曲線兩邊低，中間高，說明由單個(gè)核子組成中等質(zhì)量的原子核時(shí)，付出的質(zhì)量虧損要大，這種核結(jié)構(gòu)就很牢固，而輕核和重核則相反，它們的成員在結(jié)合時(shí)付出的質(zhì)量虧損要小，所以核結(jié)構(gòu)較松散。利用核子的結(jié)合能（即核能），有兩種途徑。一是將某個(gè)重核分裂，變成中等質(zhì)量核，中等質(zhì)量核的結(jié)合能要比重核大，因此這個(gè)重核的每個(gè)核子就要繼續(xù)發(fā)生質(zhì)量虧損而放出能量，這就是所謂的核裂變法。另一種方法是使幾個(gè)輕核相互結(jié)合起來(lái)變成中等質(zhì)量核，同樣該過程中的核子將繼續(xù)發(fā)生一部分質(zhì)量虧損，變成能量放出，這就是所謂的核聚合法。人類利用核能就有兩種可能的方式：一種利用重核分裂成中等質(zhì)量核過程中釋放出的核能，即裂變能；而另一種就是利用輕核聚合成中等質(zhì)量核過程中釋放出的核能，即聚變能。裂變與聚變是大規(guī)模核能之源。第三節(jié)放射性與核反應(yīng)一、放射性衰變自然界中不穩(wěn)定的同位素以一定速率自發(fā)地變化，一般放出帶電粒子并以輻射形式放出能量，稱為放射性衰變。原子核不受外界影響自發(fā)地通過核輻射轉(zhuǎn)化為另一種核的現(xiàn)象，稱為放射性，這種原子核叫做放射性核。

不穩(wěn)定原因其內(nèi)部中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的比例超出了一定的范圍。在一定的范圍之內(nèi)，原子核是穩(wěn)定的，否則，不穩(wěn)定的原子核向著更穩(wěn)定的方向自發(fā)地變化。二、放射性類型1.α輻射原子核衰變時(shí)放出α粒子，核本身變?yōu)榱硪环N新的原子核。α粒子是由兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子組成的氦原子核，α輻射也稱為α射線。

α射線的電離作用很大，但是它的貫穿能力較弱，在空氣中經(jīng)過3～8cm的路程就會(huì)被吸收。一張紙就可以隔離。2.β輻射當(dāng)原子核內(nèi)部中子和質(zhì)子比例超過穩(wěn)定極限時(shí)，同位素會(huì)放出電子流或者正電子流，稱為β輻射（或射線）。穿透能力較強(qiáng)，在空氣中要穿過幾米到十幾米的路程才能被吸收。一層金屬薄板也可以隔離。3.K俘獲原子核“吸收”一個(gè)電子，核中的一個(gè)質(zhì)子變成一個(gè)中子，原子序數(shù)減1，質(zhì)量數(shù)不變。4.γ輻射原子核在衰變過程中放出一種電磁波，稱為輻射（射線）。這種射線具有很強(qiáng)的穿透能力。必須非常厚的混凝土或鉛塊才能阻擋。5.中子輻射（裂變過程中放出中子）三、放射性衰變規(guī)律1.放射性衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律對(duì)于某一種核，每一時(shí)刻的衰變率正比于當(dāng)時(shí)存在的放射性同位素的原子個(gè)數(shù)。式中：N為某一時(shí)刻放射性原子的數(shù)量；λ為這種放射性原子的衰變常數(shù)。積分得：2.放射性原子數(shù)量變化規(guī)律圖3.半衰期放射性原子數(shù)量衰減到初始數(shù)量的一半所需要的時(shí)間。

167N的半衰期是7.3s，而23994Pu的半衰期是24000年。N0t0第四節(jié)中子與原子核的反應(yīng)散射反應(yīng)和吸收反應(yīng)兩大類，裂變反應(yīng)即屬于一種吸收反應(yīng)。散射反應(yīng)指中子與原子核碰撞后，中子的能量和運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生變化，原子核的成份不改變。彈性散射—中子與原子核發(fā)生彈性碰撞，中子在散射后，運(yùn)動(dòng)方向和動(dòng)能都發(fā)生變化，原子核受到反沖作用，原子核的內(nèi)能不變，整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)量守恒。非彈性散射—中子與原子核發(fā)生非彈性碰撞，當(dāng)原子核與中子發(fā)生碰撞后，核能被激發(fā)，入射中子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樵雍说膬?nèi)能，使核處于激發(fā)態(tài)，隨后發(fā)出γ射線，返回基態(tài)，系統(tǒng)反應(yīng)前后的總動(dòng)能不守恒。吸收反應(yīng)--指中子與原子核碰撞后，被原子核俘獲，形成一個(gè)處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)合核，其激發(fā)能等于中子的動(dòng)能和中子在復(fù)合核中的結(jié)合能之和。兩種可能：裂變反應(yīng)和輻射俘獲反應(yīng)。核反應(yīng)堆中的中子按其能量可分為快中子（E＞0.1MeV）、中能中子（1eV＜E＜0.1MeV）和熱中子（E＜1eV）。

裂變中放出的中子能量大部分為1～2MeV，屬于快中子，由實(shí)驗(yàn)可知在這個(gè)能量區(qū)域內(nèi)中子與235U核發(fā)生裂變的幾率很小，因而必須把中子減速到熱中子能量，即需要經(jīng)過一個(gè)慢化過程。

慢化：使快中子與慢化劑的原子核進(jìn)行碰撞，將中子的能量傳遞給慢化劑的原子核，中子自身能量降低的一個(gè)過程。變成熱中子。常用的慢化劑：重水、石墨、鈹、水等物質(zhì)。在應(yīng)用較多的壓水堆核電站中，就是采用水作為慢化劑。第五節(jié)核裂變1.裂變反應(yīng)一個(gè)可裂變?cè)雍嗽诜@一個(gè)中子后形成一個(gè)復(fù)合核，復(fù)合核經(jīng)過一個(gè)短暫時(shí)間的不穩(wěn)定激化階段后，分裂成兩個(gè)碎片，同時(shí)放出中子和能量的反應(yīng)過程。定義92U235+0n1→FF1+FF2+2.50n1+200MeV鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)示意圖2.易裂變核燃料鈾233鈾235钚239TxtText復(fù)合核從變形到分裂需要能量，所需的最小能量稱為裂變臨界能量。入射中子的結(jié)合能大于復(fù)合核的裂變臨界能，則該核易裂變。自然界中只有三種核燃料：鈾-235、鈾-233、钚-239，其中只有鈾-235是天然的核燃料。其余兩種是由釷-232和鈾-238俘獲中子后再經(jīng)衰變分別形成的。因此又稱釷-232和鈾-238為可轉(zhuǎn)換核素。靶原子核復(fù)合核的臨界裂變能(Mev)中子的結(jié)合能（Mev）釷-2326.55.1鈾-2385.54.9鈾-2355.36.4鈾-2334.66.6钚-2394.06.4表2.1幾種核素的臨界裂變能3.臨界體積也稱“臨界大小”?？砂l(fā)生裂變的物質(zhì)，產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所必須具有的最小體積。第六節(jié)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)1.自發(fā)裂變當(dāng)鈾-235的含量很少（例如天然鈾只含0.714%），堆放得也比較松散，則每次裂變放出的2～3個(gè)中子都散失到空間去了，只有偶爾的1～2個(gè)中子又能擊中其它鈾核。這樣的裂變反應(yīng)不會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行。天然鈾礦就是這種情況，一般每千克鈾元素中每秒鐘有幾個(gè)原子核發(fā)生裂變，這叫做自發(fā)裂變。2.自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)當(dāng)中子與鈾235發(fā)生核裂變反應(yīng)時(shí)，鈾核通常分裂為兩個(gè)中等質(zhì)量數(shù)的裂變碎片，同時(shí)還平均產(chǎn)生兩個(gè)以上的新中子，并釋放出能量。在適當(dāng)?shù)臈l件下，這些新裂變中子又會(huì)引起周圍鈾235的裂變，這樣一代一代的發(fā)展下去，就成為一連串的裂變反應(yīng)，（鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)）.重核在不靠外界作用就可能連鎖式的引起其它核素的裂變反應(yīng)稱為自持式鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。3.自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的條件裂變不發(fā)生裂變有害吸收泄漏損失原子核分裂成兩個(gè)裂變碎片，同時(shí)產(chǎn)生2～3個(gè)新中子。核燃料吸收中子不發(fā)生裂變。235U吸收中子大約20%不發(fā)生裂變而變成236U，238U吸收中子后100%不發(fā)生裂變而變成239Pu中子被慢化劑、冷卻劑、結(jié)構(gòu)材料、裂變碎片及其他雜質(zhì)吸收。中子數(shù)目變化有可能發(fā)生下列四種情況原子核體積很小，高速運(yùn)動(dòng)的中子不一定會(huì)馬上打中原子核，即使碰撞幾次，仍有很高動(dòng)能，堆芯尺寸有限，會(huì)有相當(dāng)一部分中子跑到堆芯外面去。4.裂變維持的條件－臨界

臨界定義：鈾-235每次裂變產(chǎn)生的中子，除泄漏和吸收的以外，還有一個(gè)中子能引起另一個(gè)鈾-235原子核裂變。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，上一代中子引起裂變的數(shù)目剛好與下一代中子引起裂變的數(shù)目相等，使得裂變剛好能維持下去，也就達(dá)到了維持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)的臨界。有效增殖系數(shù)：衡量裂變裝置的臨界標(biāo)準(zhǔn)用所謂的系統(tǒng)增值系數(shù)k表示。K=新生一代的中子數(shù)/上一代的中子數(shù)K=系統(tǒng)內(nèi)中子的產(chǎn)生率/系統(tǒng)內(nèi)中子總消失率（中子的吸收率＋泄漏率）下面對(duì)K值的三種不同情況進(jìn)行討論：（1）若K=1，表示產(chǎn)生的中子數(shù)正好等于消耗的中子數(shù)，中子循環(huán)達(dá)到平衡，裂變反應(yīng)可以自持下去，這種情況稱為臨界狀態(tài)?？梢栽诓煌β仕角闆r下平衡。（2）若K>1，即產(chǎn)生的中子除消耗外還有剩余，這樣的狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)，也就是反應(yīng)堆啟動(dòng)和功率提升狀態(tài)。（3）若K<1，即產(chǎn)生的中子數(shù)還不如消耗的多，中子婁一代比一代減少，直到零為止，這種狀態(tài)稱為次臨界狀態(tài)，也就是反應(yīng)堆降功率或停堆狀態(tài)。由以上可知，在反應(yīng)堆運(yùn)行中要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停堆、改變功率或保持穩(wěn)定功率，只要調(diào)節(jié)有效增殖系數(shù)K即可。要達(dá)到臨界條件，必須具備的條件

(1)必須使裂變材料多而集中；(2)中子泄漏少；(3)中子的非裂變吸收少；(4)應(yīng)該使得中子有充分的慢化。

5.裂變產(chǎn)生的中子

（1）瞬發(fā)中子：易裂變核素在發(fā)生裂變后除了分裂成兩到三個(gè)或者更多的裂變碎片后，同時(shí)會(huì)放出兩三個(gè)中子。一群鈾-235核裂變后放出的平均中子數(shù)為2.43個(gè)。這些中子的99.3%以上是在裂變的瞬間（百萬(wàn)分之一秒左右）放出的，稱之為瞬發(fā)中子。其能量約在1～2兆電子伏范圍內(nèi)，速度為14000～20000千米/秒。（2）緩發(fā)中子：另外有大約0.654%的中子是在裂變產(chǎn)物在衰變時(shí)逐漸放出，稱為緩發(fā)中子。平均能量約在0.5兆電子伏左右。緩發(fā)中子是在裂變后持續(xù)幾分鐘的時(shí)間內(nèi)逐漸釋放出來(lái)的。組平均延遲時(shí)間（s）緩發(fā)中子份額（%）Ⅰ79.40.02Ⅱ31.90.14Ⅲ8.10.13Ⅳ3.20.25Ⅴ0.90.07Ⅵ0.40.03總計(jì)120.65鈾235緩發(fā)中子的份額與延遲時(shí)間反應(yīng)性

反應(yīng)性ρ表示上一代中子個(gè)數(shù)n1與下一代中子個(gè)數(shù)n2的相對(duì)變化：ρ=0，反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)；ρ<0，反應(yīng)堆處于次臨界狀態(tài)；ρ>0，反應(yīng)堆處于超臨界狀態(tài)。由于ρ的數(shù)值很小，ρ通常以pcm為單位計(jì)算，1pcm=10-5。中子個(gè)數(shù)的變化規(guī)律

設(shè)反應(yīng)堆有效增殖系數(shù)為K。核反應(yīng)堆開始時(shí)有n個(gè)中子，則下一代中子增加的個(gè)數(shù)為n(k-1)。兩代中子之間的時(shí)間間隔（中子代時(shí)間）為θ，則中子個(gè)數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律為：將上式積分可得：N0表示t=0時(shí)的中子個(gè)數(shù)，n表示t時(shí)間的中子個(gè)數(shù)。中子代時(shí)間

中子代時(shí)間：是指上一代中子和下一代中子之間的時(shí)間。孕育時(shí)間：在裂變發(fā)生后，中子要經(jīng)過一段時(shí)間才能從裂變碎片中發(fā)射出來(lái)，這一段時(shí)間稱為孕育時(shí)間。在壓水堆中，中子保持自由狀態(tài)僅為10-5秒，這段時(shí)間稱為中子壽命。中子代時(shí)間=孕育時(shí)間+壽命孕育時(shí)間(s)壽命(s)中子代時(shí)間(s)份額(%)瞬發(fā)中子10-1410-510-599.35緩發(fā)中子1210-5120.65根據(jù)瞬發(fā)中子和緩發(fā)中子的代時(shí)間以及他們的份額，可以計(jì)算得到反應(yīng)堆的平均中子代時(shí)間：θ=0.9935×10-5+0.0065×12≈0.08（s）例：

設(shè)ρ=100pcm，只有瞬發(fā)中子，沒有緩發(fā)中子，按照上述的瞬發(fā)中子的代時(shí)間，θ=10-5s，當(dāng)t=1s時(shí)，中子個(gè)數(shù)的變化為這樣快的功率變化是無(wú)法控制的。如果存在緩發(fā)中子，則θ=0.08s，當(dāng)t=1s時(shí)，中子個(gè)數(shù)的變化為結(jié)論：緩發(fā)中子的存在（雖然份額非常小）使反應(yīng)堆的控制成為可能。第一代100個(gè)快中子慢化過程由于被238U俘獲、漏失以及238U的快裂變，總體上4個(gè)中子消失剩余96個(gè)熱中子擴(kuò)散由于漏失、被慢化劑和結(jié)構(gòu)材料俘獲，20個(gè)熱中子消失過程剩余76個(gè)熱中子，被鈾俘獲10個(gè)熱中子被235U俘獲不產(chǎn)生裂變26個(gè)熱中子被238U俘獲不產(chǎn)生裂變40個(gè)熱中子被235U俘獲產(chǎn)生裂變（40*2.5）放出第二代100個(gè)快中子6.反應(yīng)堆內(nèi)中子循環(huán)

7.剩余功率

當(dāng)反應(yīng)堆停堆后，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)停止，但是反應(yīng)堆還會(huì)繼續(xù)放出熱量，這些熱量約占額定功率的6%，稱為剩余功率。剩余功率是由裂變產(chǎn)物的β和γ衰變產(chǎn)生的熱量，剩余功率會(huì)隨著時(shí)間而衰減，在停堆后必須不斷地冷卻反應(yīng)堆堆芯。小結(jié)核裂變的必要條件核裂變必須有易裂變的材料和來(lái)自原子核外部的自由中子。中子可以在其它核的裂變中產(chǎn)生。核裂變是中子轟擊原子核，原子核接受中子后變得不穩(wěn)定，從而分裂，分裂后的多余結(jié)合能變成核裂變能量。只有裂變臨界能量小于入射中子的結(jié)合能的材料才稱為易裂變核材料。問題和回答應(yīng)該如何做才能使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不變成原子彈似的在瞬間倍增，而是維持不變的核反應(yīng)速率？必須保證每次裂變放出的中子只有一個(gè)用于其它核素的裂變。辦法是設(shè)法用非裂變方法將裂變放出的多余中子搶走。問題和回答中子轟擊到易裂變核素上一定會(huì)發(fā)生裂變嗎？裂變發(fā)生是有一定概率的。概率即為轟擊一百次，實(shí)際能發(fā)生幾次裂變的機(jī)會(huì)。只有速度慢的中子才有高的裂變概率?？墒?，裂變放出的中子都很快，要變慢中子，中子必須經(jīng)過慢化。第三章 核電站的類型

1954年，前蘇聯(lián)建成世界第一座試驗(yàn)核電站奧勃靈斯克核電站。

1957年，美國(guó)建成世界第一座商用壓水堆核電站希平港核電站。

1952年6月，開始建造美國(guó)第一艘核潛艇的陸上模式堆，1953年3月建成，6月發(fā)出電力。1954年1月，第一艘核潛艇下水。乏汽壓力偏大。第三章 核電站的類型一、壓水堆核電站

二、沸水堆核電站

輕水堆的特點(diǎn)

在各種慢化劑中，水的慢化能力最強(qiáng)。輕水便宜，比熱大，導(dǎo)熱系數(shù)高，是良好的冷卻劑。堆芯體積相同時(shí)，輕水堆功率最高或者在相同功率下，輕水堆比其他堆的體積小。兩個(gè)缺點(diǎn)：沸點(diǎn)低。輕水吸收熱中子的幾率比重水和石墨大，所以輕水慢化的反應(yīng)堆無(wú)法以天然鈾維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。壓水堆發(fā)展快的歷史原因輕水堆的發(fā)展有軍用堆的基礎(chǔ)。工業(yè)上有使用輕水的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)。核工業(yè)的發(fā)展，為輕水堆所需要的濃縮鈾準(zhǔn)備了條件。輕水堆技術(shù)上已成熟。比較用輕水作為慢化劑和冷卻劑的核反應(yīng)堆被稱為輕水反應(yīng)堆，包括沸水堆和加壓水堆。輕水也就是一般的水，廣泛地被用于反應(yīng)堆的慢化劑和冷卻劑。與重水相比，輕水有廉價(jià)的長(zhǎng)處，此外其減速效率也很高。沸水堆的特點(diǎn)是將水蒸汽不經(jīng)過熱交換器直接送到汽輪機(jī)，從而防止了熱效率的降低。壓水堆則用高壓抑制沸騰，對(duì)輕水一般加100至160個(gè)大氣壓，從而熱交換器把一次冷卻系統(tǒng)（取出堆芯產(chǎn)生的熱）和二次冷卻系統(tǒng)（發(fā)生送往汽輪機(jī)的蒸汽）完全隔離開來(lái)。沸水堆蒸汽直接在反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生，故不可避免地要挾帶出很強(qiáng)的γ輻射，因此汽輪機(jī)系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)都帶有放射性，運(yùn)行人員不能接近，還需要有適當(dāng)?shù)钠帘巍５胨テ趦H7.13秒，故停機(jī)后不久就可完全衰變，不影響設(shè)備維修。三、重水堆核電站用重水即氧化氘（D2O）作為慢化劑的核反應(yīng)堆被稱為重水反應(yīng)堆，或簡(jiǎn)稱為重水堆?，F(xiàn)在的反應(yīng)堆幾乎都利用熱中子，因此慢化劑是反應(yīng)堆不可缺少的組成部分。慢化劑與中子碰撞使中子速度減慢，但不減少中子的數(shù)量。所以，重水是非常優(yōu)異的慢化劑，它與石墨并列是最常用的慢化劑。目前達(dá)到商用水平的只有加拿大開發(fā)的坎杜堆(CANDU-Canadiandeuteriumuranium)，我國(guó)正建一座重水堆核電站。重水堆特點(diǎn)—節(jié)約燃料二十噸天然水中含有三公斤重水。重水慢化能力比輕水低得多(200多倍），重水堆的堆芯體積比壓水堆大十倍左右。重水吸收的熱中子的幾率很少，可以采用天然鈾作為核燃料。由于重水吸收中子少，所以反應(yīng)堆中子除了維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)外，還有較多的剩余可以用來(lái)使鈾238轉(zhuǎn)變?yōu)轭?39，比輕水堆節(jié)約天然鈾20%。重水堆失水事故的后果比輕水堆要小。四、快堆核電站由快中子引起鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)所釋放出來(lái)的熱能轉(zhuǎn)換為電能的核電站?？於言谶\(yùn)行中既消耗裂變材料，又生產(chǎn)新裂變材料，而且所產(chǎn)可多于所耗，能實(shí)現(xiàn)核裂變材料的增殖。一般用液態(tài)金屬鈉作冷卻劑。不用慢化劑?？熘凶釉鲋撤磻?yīng)堆以钚239為裂變?nèi)剂?，組成堆芯，以鈾238包圍在堆芯周圍，作為增殖層。可使天然鈾的利用率達(dá)到60%~70%。原理：在“快堆”中用的核燃料是钚-239。钚-239發(fā)生裂變反應(yīng)放出來(lái)的快中子，會(huì)被裝在反應(yīng)區(qū)周圍的鈾-238吸收，又變成钚-239。就是說在核鍋爐中一邊“燒”掉钚-239，又一邊使鈾-238轉(zhuǎn)為成新的钚-239，而且新產(chǎn)生的钚-239比“燒”掉的還多。這就使“快堆”的燃料越燒越多?！翱於选痹鲋澈巳剂习砚欃Y源的利用率提高了50～60倍。一座快堆核電站，在5～15年的時(shí)間內(nèi)可使燃料數(shù)量翻一番?！翱於选闭媒鉀Q了熱中子核反應(yīng)堆產(chǎn)生的大量鈾-238廢料堆積問題。通過建造快堆核電站，既能用鈾-238發(fā)電，又能增殖燃料。因此“快堆”被人們稱為“明天的核電站鍋爐”。幾個(gè)問題為什么快堆能增殖？增殖比=產(chǎn)生的核燃料的原子核數(shù)/消耗的核燃料的原子核數(shù)。在快堆中沒有慢化劑，再加上堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料、冷卻劑及各種裂變產(chǎn)物對(duì)快中子的吸收幾率很小，因此中子由于寄生俘獲造成的浪費(fèi)少。此外，钚239裂變放出的中子多，鈾238裂變的幾率也大，所以除了維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)我，還可以剩余1.2到1.3個(gè)中子，用來(lái)使鈾238轉(zhuǎn)變?yōu)轭?39。在快堆中，增殖比可達(dá)1.2到1.3倍。如果通過后處理，將快堆增殖的核燃料不斷提取，則快堆每過一段時(shí)間，它所得到的钚239還可以裝備一座規(guī)模相同的快堆電站。這段時(shí)間又稱為倍增時(shí)間。為什么快堆冷卻不采用輕水或重水？快堆的功率密度高，又不允許冷卻劑對(duì)中子產(chǎn)生強(qiáng)烈的慢化作用，這就要求載熱效率高、慢化作用小的冷卻劑。目前考慮的冷卻劑主要有兩種：金屬鈉和氦氣。鈉的中子吸收截面小，比熱大，傳熱性能比水高40～50倍。它的沸點(diǎn)高達(dá)886.6℃，所以在常壓下工作溫度高，而且在工作溫度下對(duì)很多種鋼種腐蝕性小，無(wú)毒。熔點(diǎn)97.8℃。冷卻劑出口溫度可500～600℃。由于快堆鈉溫度高，可以產(chǎn)生過熱蒸汽，汽輪機(jī)可采用常規(guī)火電廠的過熱蒸汽參數(shù)，蒸汽壓力為14.2MPa，蒸汽溫度可達(dá)500℃。目前，世界上已商業(yè)運(yùn)行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂變?nèi)剂希词乖倮棉D(zhuǎn)換出來(lái)的钚-239等易裂變材料，它對(duì)鈾資源的利用率也只有1％—2％，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉(zhuǎn)換成钚-239而得以使用，但考慮到各種損耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到60％—70％。

五、第二代核動(dòng)力堆技術(shù)要求從安全角度1.應(yīng)該具有固有安全性。當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)異常情況時(shí)，不依賴人為的操作或外部系統(tǒng)、設(shè)備的強(qiáng)制干預(yù)，而僅依賴堆的自然和非能動(dòng)安全性，使反應(yīng)堆趨于正常運(yùn)行或安全停閉的安全性。2.應(yīng)具有非能動(dòng)安全性。任何情況下剩余發(fā)熱可以靠自然對(duì)流等非能動(dòng)機(jī)理排出。3.應(yīng)提高對(duì)社會(huì)和環(huán)境影響的安全保證度，即先進(jìn)核反應(yīng)堆在任何情況下，不應(yīng)使工作人員與公眾受到過量的放射性傷害。4.在發(fā)生核事故情況下，不會(huì)造成重要設(shè)備損害，保護(hù)投資者不受重大經(jīng)濟(jì)損失。從經(jīng)濟(jì)性角度先進(jìn)核反應(yīng)堆的核電廠，在經(jīng)濟(jì)性上應(yīng)該達(dá)到能與同樣規(guī)模的火電廠相競(jìng)爭(zhēng)。這樣才可能獲得大規(guī)模的商業(yè)推廣。第二代先進(jìn)核反應(yīng)堆1.改造型輕水堆瑞典提出一種“過程固有最終安全”反應(yīng)堆的概念設(shè)計(jì)。2.快中子增殖堆這是唯一能夠增殖核燃料的成熟堆型。只有發(fā)展快堆，才能擴(kuò)大核資源的利用。一般認(rèn)為，快堆是熱中子反應(yīng)堆走向聚變堆之間的一代堆型。3.高溫氣冷堆它是從已有30多年歷史的低溫石墨氣冷堆基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新穎堆型。它是具有固有安全性的反應(yīng)堆；它是唯一出口溫度達(dá)到950℃以上、具有多種用途的堆型；是能夠利用釷資源的唯一堆型。第四章核電站主要系統(tǒng)核電廠廠址的選擇基本要求（與火電廠相同）：接近電力負(fù)荷中心、有充足的冷卻水源、交通運(yùn)輸方便、有良好的自然條件、減少?gòu)U熱廢物排放對(duì)生物的影響和防止環(huán)境污染的可能性等。特殊要求：原則—盡量減少釋放放射性對(duì)環(huán)境的影響，以確保居民在一般事故和嚴(yán)重事故條件下不受危害。（核電廠本身特性、廠址自然條件和輻射）1、核電廠放射性特性設(shè)計(jì)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(dá)到對(duì)居民健康和安全造成超過我國(guó)核安全局關(guān)于核電廠廠址選擇所規(guī)定的嚴(yán)重危害后果的程度。2、廠址的自然條件和技術(shù)要求（1）廠區(qū)地震條件是確保核電廠安全的重要條件，是選廠址的決定因素之一。盡可能選在地震烈度低的地區(qū)，地震烈度一般不大于7度。（2）廠址位于大的內(nèi)湖或海灘附近時(shí)，應(yīng)確定由湖震或海嘯可能造成的最大洪水。（3）水源和水文方面，保證足夠且可靠的冷卻水是電廠運(yùn)行最基本的技術(shù)條件，要求百年一遇最小流量也能滿足電廠正常運(yùn)行的要求。第一節(jié)核島部分一回路系統(tǒng)主要功能1.將反應(yīng)堆堆芯核裂變產(chǎn)生的熱量傳送到蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生合格的蒸汽，并冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀。2.水在反應(yīng)堆中既作冷卻劑又作中子慢化劑，使裂變反應(yīng)產(chǎn)生的快中子降低能量，減速到熱中子。3.冷卻劑中溶解的硼酸，可以吸收中子，控制反應(yīng)堆內(nèi)中子數(shù)目。4.系統(tǒng)內(nèi)的穩(wěn)壓器用于控制冷卻劑的壓力，防止冷卻劑出現(xiàn)不利于傳熱的沸騰現(xiàn)象。5.防止放射性產(chǎn)物泄漏。一、反應(yīng)堆定義：反應(yīng)堆是以鈾（或钚）作為燃料實(shí)現(xiàn)可控制的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的裝置。組成：壓力殼、堆內(nèi)構(gòu)件、堆芯、控制棒驅(qū)動(dòng)構(gòu)件。壓力殼堆內(nèi)構(gòu)件1.圓柱形容器，上下兩部分。2.有三個(gè)進(jìn)口接管和三個(gè)出口接管。3.能承受140～200個(gè)大氣壓分隔流體的作用。4.使用30～40年。1.上部組件（壓緊組件）和下部組件（吊籃組件）。2.支承和固定堆芯組件，承受堆芯重量。3.確?？刂瓢趄?qū)動(dòng)線的對(duì)中，為控制棒運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。4.使冷卻劑在堆內(nèi)按一定方向流動(dòng)，有效帶出熱量。5.為壓力容器提供熱屏蔽，減少它受中子和r射線的輻射。6.為堆內(nèi)測(cè)量提供安裝和固定措施。堆芯1.由核燃料組件、控制棒組件和啟動(dòng)中子源組成。2.核燃料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成圓柱形二氧化鈾陶瓷塊，直徑8~9mm，13.5mm。3.大量燃料芯塊（271）裝在兩端密封的鋯合金包殼管中，長(zhǎng)約4m、直徑約10mm。4.每個(gè)燃料組件按17×17排列成正方形柵格，共有289個(gè)棒位，中間用定位格架將燃料棒夾緊(264根燃料元件棒、24根控制棒導(dǎo)向管和1根堆內(nèi)測(cè)量導(dǎo)管）。

燃料芯塊 控制棒1.中子的強(qiáng)吸收體，移動(dòng)速度快、操作可靠、使用靈活、對(duì)反應(yīng)堆的控制準(zhǔn)確度高。2.控制棒組件可以控制反應(yīng)堆核燃料鏈?zhǔn)搅炎兯俾?、達(dá)到啟動(dòng)反應(yīng)堆、調(diào)節(jié)反應(yīng)堆、正常停堆以及在事故情況時(shí)緊急停堆的目的。3.根據(jù)功能和使用目的的不同，可以分成三類：（1）功率補(bǔ)償棒（G棒）：用于控制反應(yīng)堆功率，補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)各種因素引起的反應(yīng)性波動(dòng)。（2）溫度調(diào)節(jié)棒（R棒）：用于調(diào)節(jié)反應(yīng)堆進(jìn)出口溫度。（3）停堆棒（安全棒，S棒）：用于在發(fā)生緊急事故工況時(shí)，能迅速使反應(yīng)堆停堆。正常運(yùn)行時(shí)停堆棒提出堆外，按到停信號(hào)后迅速插入堆芯。大亞灣：控制棒組53個(gè)，其中功率補(bǔ)償棒28組、溫度調(diào)節(jié)棒8組、停堆棒17組。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1.通過它帶動(dòng)控制棒組件在堆內(nèi)上下移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的啟動(dòng)、功率調(diào)節(jié)、停堆和事故情況下的安全控制。2.對(duì)控制棒驅(qū)動(dòng)的動(dòng)作要求：（1）在正常運(yùn)行情況下棒應(yīng)緩慢移動(dòng)，每秒鐘的行程為10mm；（2）在快速停堆或事故情況下，控制棒應(yīng)快速下插?？刂瓢粼诜磻?yīng)堆中的位置，用“步”（step）來(lái)表示。當(dāng)控制棒位于反應(yīng)堆底部時(shí)，step的數(shù)值為零；當(dāng)控制棒位于反應(yīng)堆頂部，step的數(shù)值為225。二、蒸汽發(fā)生器功能：1.將一回路中水的熱量傳給二回路的水，使其變?yōu)檎羝糜谄啓C(jī)做功。2.蒸汽發(fā)生器在一、二回路之間構(gòu)成防止放射性外泄的第二道防護(hù)屏障。三、穩(wěn)壓器作用：1.用于穩(wěn)定和調(diào)節(jié)一回路系統(tǒng)中冷卻劑—水的工作壓力，防止水在一回路主系統(tǒng)中汽化。2.確保反應(yīng)堆出口水的溫度低于飽和溫度15℃左右，以保證燃料棒的冷卻效果。3.吸收一回路系統(tǒng)水容積的變化，起到緩沖的作用。四、主循環(huán)泵（冷卻劑泵）它是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中唯一的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備。作用：1.推動(dòng)一回路中的冷卻劑，使冷卻劑水以很大的流量通過反應(yīng)堆堆芯，把堆芯中產(chǎn)生的熱量傳送給蒸汽發(fā)生器。工作要求：1.保持軸密封，以免堆內(nèi)帶放射性的水外漏；2.要求電機(jī)的絕緣性能好。一回路的輔助系統(tǒng)作用：1、容積控制：調(diào)節(jié)一回路系統(tǒng)中穩(wěn)壓器的液位，以保持一回路水的容積。2、反應(yīng)性控制：調(diào)節(jié)一回路水中的硼酸濃度，以補(bǔ)償反應(yīng)堆運(yùn)行過程中反應(yīng)性的緩慢變化。3、化學(xué)控制：通過凈化作用及添加化學(xué)藥劑保持一回路的水質(zhì)。一、化學(xué)和容積控制系統(tǒng)二、余熱冷卻系統(tǒng)作用：1.反應(yīng)堆停堆時(shí)，先由蒸汽發(fā)生器將一回路熱量帶走，然后通過余熱冷卻系統(tǒng)將反應(yīng)堆停堆后的余熱帶走，使堆芯冷卻劑溫度降低到允許溫度(60℃

以下），并使其保持到反應(yīng)堆重新啟動(dòng)為止。2.在一回路系統(tǒng)發(fā)生失水事故時(shí)，余熱冷卻系統(tǒng)可以作為安全注入系統(tǒng)的一部分，將硼酸水注射到堆芯中去。第二節(jié)常規(guī)島部分一、核汽輪機(jī)組的一般特點(diǎn)1.蒸汽參數(shù)低。（1）汽耗率約比常規(guī)電廠高一倍；（2）與高參數(shù)汽輪機(jī)相比，低壓缸發(fā)出的功率較大，達(dá)到整個(gè)機(jī)組功率的50～60%，而高參數(shù)機(jī)組中，低壓缸僅占20%～30%。這樣低壓缸的效率對(duì)整個(gè)機(jī)組的效率有更大的影響；（3）排汽速度損失對(duì)效率有較大影響，這要求增大排汽流通截面以降低排汽速度。2.體積流量大（1）600MW～800MW以上核機(jī)組高壓缸做成雙流；（2）通常只設(shè)高壓缸和若干低壓缸，不設(shè)中壓缸；（3）低壓缸體積流量大，要求增加排汽口數(shù)和排汽截面以及采用更長(zhǎng)的末級(jí)葉片。3.核汽輪機(jī)組多數(shù)級(jí)工作在濕汽區(qū)需采取除濕措施，以提高效率和保障安全運(yùn)行。高壓缸中的濕度是核汽輪機(jī)特有的。4.采用汽水分離再熱由于新蒸汽是飽和蒸汽，膨脹后即進(jìn)入濕汽區(qū)，為保證汽輪機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在蒸汽經(jīng)過高壓缸后，對(duì)高壓缸排汽進(jìn)行汽水分離再熱，以保證低壓缸的效率和安全性。這是與火電機(jī)組的重要區(qū)別之一。5.易超速由于核汽輪機(jī)組多數(shù)級(jí)工作在濕蒸汽區(qū)，通流部分及管道表面覆蓋一層水膜，導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，壓力下降，水膜閃蒸為汽，引起汽流速驟增，這是核汽輪機(jī)組易超速的主要原因。（1）完善汽輪機(jī)的去濕和疏水機(jī)構(gòu)，減少部件和通道中凝結(jié)水。（2）在汽水分離再熱器后蒸汽進(jìn)入低壓缸前的管道上裝備快速關(guān)閉的截止閥。汽水分離再熱器及連通管道容積較大，在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，再熱器及連接管表面的水膜閃蒸成為超速的主要原因。二、核汽輪機(jī)組的轉(zhuǎn)速選擇對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速選擇的考慮因素如下：（1）汽輪機(jī)的可靠性對(duì)于大型汽輪機(jī)組，采用半速的主要好處是提高葉片的可靠性。因?yàn)檗D(zhuǎn)速越低，離心應(yīng)力越小，在同樣材料和加工水平下，末級(jí)葉片可以更長(zhǎng)。如轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)，目前最長(zhǎng)的鋼質(zhì)葉片為1060mm，而1500r/min時(shí)，卻可達(dá)到1500mm。減少葉片在濕汽中的侵蝕損壞對(duì)提高葉片可靠性很重要。許多研究認(rèn)為，侵蝕系數(shù)E與圓周速度u的二次方、三次方，甚至四次方成正比。無(wú)疑，低速下葉片的抗侵蝕性能大提高了。葉片振動(dòng)特性分析也表明，低速汽輪機(jī)的動(dòng)態(tài)可靠性高。（2）汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性關(guān)于轉(zhuǎn)速對(duì)汽輪機(jī)組效率影響的研究表明，半速機(jī)組在高壓部分帶來(lái)的一些附加損失，但低壓部分的效率將得到提高。（3）重量、尺寸和造價(jià)第三節(jié)核電站運(yùn)行一、核電站運(yùn)行特點(diǎn)1.發(fā)電能量來(lái)源于核裂變2.反應(yīng)堆產(chǎn)生放射性物質(zhì)3.堆芯剩余熱量4.核電站系統(tǒng)和操作復(fù)雜5.采用微過熱蒸汽和低轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)二、核電站啟動(dòng)和停堆過程1.反應(yīng)堆標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行方式（壓水堆）（1）冷停堆（2）中間停堆（3）熱停堆（4）熱備用（5）功率運(yùn)行其中冷停堆又可細(xì)分為：（1）換料冷停堆：允許反應(yīng)堆進(jìn)行燃料更換操作的停堆方式。（2）維修冷停堆：允許反應(yīng)堆對(duì)一回路部分設(shè)備進(jìn)行維修的運(yùn)行方式。（3）正常冷停堆：正常條件下的停堆。中間停堆可以細(xì)分為：（1）單相中間停堆：一回路沖水排氣后穩(wěn)壓器充滿水（單相）的狀態(tài)。（2）兩相中間停堆：一回路沖水排氣后穩(wěn)壓器為雙相的狀態(tài)。（3）正常中間停堆：在兩相中間停堆的基礎(chǔ)上，余熱排出系統(tǒng)完成隔離的狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行方式見表2.反應(yīng)堆逼近臨界狀態(tài)時(shí)的操作原則（1）溫度：必須避免引起一回路冷卻劑平均溫度變化的任何操作。（2）反應(yīng)性變化：在逼近臨界狀態(tài)的過程中，在任何時(shí)間內(nèi)，只允許使用一種方法來(lái)控制反應(yīng)性的變化。（3）反應(yīng)性控制：逼近臨界狀態(tài)時(shí)，中子通量倍增時(shí)間必須大于18s。3.反應(yīng)堆啟動(dòng)過程見操作票4.核電站停堆過程（1）首先是按照一定的速率降負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷低到一定程度時(shí)（約5MW）汽輪機(jī)跳閘，同時(shí)發(fā)電機(jī)解列。（2）隨后繼續(xù)硼化或者插入G棒，降低功率到2%額定功率以下，使機(jī)組處于熱備用狀態(tài)。（3）根據(jù)計(jì)劃安排，進(jìn)行下一步的工作。第五章核電站的輻射防護(hù)第一節(jié)輻射的危害性分類定義種類電磁輻射（電磁波）電磁能量以波的形式發(fā)射過程，其傳播速度與光速相同。無(wú)線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、r射線等。（頻率和波長(zhǎng)）粒子輻射高速運(yùn)動(dòng)的粒子，它們通過消耗自己的動(dòng)能把能量傳遞給被穿透的物質(zhì)。電子、質(zhì)子、中子、a粒子、β粒子和帶電重粒子等。區(qū)別：電磁輻射僅有能量而無(wú)靜止質(zhì)量。一、天然輻射和人工輻射分類含義天然輻射天空、大地、山水、房屋、食物以及人身體本身都存在著輻射，這種輻射稱為“本底輻射”或者“天然本底”。人工輻射核工業(yè)過程中產(chǎn)生、使用以及排放的放射性物質(zhì)的照射；核技術(shù)應(yīng)用中使用的放射性核素及加速器產(chǎn)生的射線照射，如醫(yī)學(xué)診斷和治療的照射；計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等用電設(shè)備產(chǎn)生的照射。這兩種輻射的來(lái)源分別稱為天然輻射源和人工輻射源。1.宇宙射線主要來(lái)自外層太空和太陽(yáng)的高能輻射，大部分帶正電荷的粒子造成，以及這些粒子與大氣碰撞產(chǎn)生的次級(jí)粒子引起的輻射。2.地球表面的輻射主要包括巖石和土壤的鈾系、釷系的放射性元素以及40K的r射線。3.空氣中的輻射主要是地殼中鈾系、釷系的子代產(chǎn)物---氡和釷射氣的擴(kuò)散。這些放射性氣體的衰變子體是固態(tài)物質(zhì)，很容易與大氣中的灰塵結(jié)合，然后隨自身重量和雨水向下降落。4.地面水系中的輻射地面水系中含有的放射性隨水流類型而不同。海水中含有大量的40K，天然泉水中還有相當(dāng)數(shù)量的鈾、釷和鐳。一些放射性塵埃隨重力作用或雨水匯集到地面水系中。對(duì)人體造成的影響主要是通過飲用導(dǎo)致的內(nèi)照射。5.人體內(nèi)部的輻射主要的放射性同位素是40K、226Ra、228Ra，40K的含量最多。人體所受到的輻射：外部輻射主要是由體外的輻射源放出的射線引起的照射。內(nèi)部輻射是放射性物質(zhì)進(jìn)入人體后在體內(nèi)滯留期間所發(fā)出的射線對(duì)人體的照射。二、電離輻射和劑量1.電離輻射按照與物質(zhì)的作用方式，通常把輻射分為兩類：電離輻射和非電離輻射。定義：凡能與物質(zhì)相互作用引起電離的輻射，統(tǒng)稱為。作用：進(jìn)入或者穿入物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生電離作用，形成離子，或者使原子的能量增加成為“受