核電站水化學

核電站水化學第一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核電向何處去？核電發(fā)展的低谷每次核電事故都導致核電低谷1954年人類建造第一座核電站1957年英國溫德斯凱爾核電站事件數(shù)十年內(nèi)核電成為英國的“政治雷區(qū)”；1979年美國三里島核電站發(fā)生嚴重核泄漏事件30多年里再沒有建新核電站；1986年切爾諾貝利核電站發(fā)生核泄漏大災難讓人們“談核色變”德國棄核。2011年日本福島核電站核泄漏德國、瑞士、意大利徹底棄核美、英、法等繼續(xù)發(fā)展核電中國？第二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日為什么發(fā)展核電？能源問題：煤、石油、天然氣儲量有限環(huán)境問題：空氣污染、氣候溫暖化第三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核燃料可用年數(shù)輕水堆高速增值堆第四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日不同發(fā)電方式比例第五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中國的核電發(fā)展前景能源進口國：鈾礦也需進口環(huán)境污染：CO2排放大國核電的危險與火電的污染：依靠技術(shù)進步保證核電安全三代動力堆：非能動AP1000，未來二十年核電發(fā)展期第六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核電與火電的不同點熱源不同鍋爐不同主蒸汽參數(shù)不同汽輪機結(jié)構(gòu)不同

第七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日壓水反應堆核電站壓水堆比沸水堆多一個回路冷卻水系統(tǒng)核電海水、直流

二回路：汽輪機：火電：積鹽、腐蝕核電？蒸汽發(fā)生器：火電：結(jié)垢、腐蝕核電：？一回路：火電：腐蝕、結(jié)渣核電？第八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日壓水反應堆一回路水化學控制的

主要目的放射場控制：腐蝕產(chǎn)物生成、遷移燃料安全及性能：放射性物質(zhì)泄漏、燃料性能腐蝕及腐蝕產(chǎn)物的沉積一回路壓力邊界的完整性：設(shè)備安全、腐蝕第九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日壓水反應堆二回路水化學控制的

主要目的腐蝕蒸汽發(fā)生器：BOP：流動加速腐蝕FAC碳鋼管道、熱交換器管中間汽水分離再熱器汽輪機材料的腐蝕、疲勞凝汽器腐蝕、應力腐蝕、沖刷腐蝕腐蝕產(chǎn)物的遷移腐蝕產(chǎn)物自其它部位向蒸汽發(fā)生器的遷移及在蒸汽發(fā)生器中的沉積第十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日課程主要內(nèi)容放射化學基礎(chǔ)核電站概論壓水堆放射性物質(zhì)的來源一回路中結(jié)構(gòu)材料的腐蝕與腐蝕產(chǎn)物的行為腐蝕產(chǎn)物的溶解與沉積PWR一回路水化學管理

PWR二回路的水化學管理

電廠嚴重事故后的化學問題第十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日參考書壓水反應堆水化學核電站水質(zhì)工程核化學及核技術(shù)應用反應堆系統(tǒng)水化學（譯文集）壓水堆核電廠的運行壓水堆核電廠化學管理第十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日第十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日第十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中國電力出版社第十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日第一章海水與海洋環(huán)境及其腐蝕作用第二章壓水型核反應堆動力裝置和水質(zhì)對其的影響第三章壓水反應堆材料腐蝕及水化學控制第四章核動力裝置用水的水質(zhì)監(jiān)測第五章純水與港口純水制取第六章海水淡化第十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日第十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日第一章放射化學基礎(chǔ)第一節(jié)核裂變原子：原子核+核外電子原子核：質(zhì)子+中子（n）核素：具有相同的質(zhì)子數(shù)Z、中子數(shù)N的一類原子如：A：質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)（A=Z+N）Z：原子序數(shù)=質(zhì)子數(shù)也寫成：X-A。指明了X，Z即明確，可以不寫。如：U-235，U-238第十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核輻射各種放射性核素放出的射線不是單一的。鐳的放射線可以分成三束：一束為α射線，為高速運動的He核，具有+2電荷；一束為β射線，是高速運動的電子流；一束稱射線，是波長極短的電磁波，在磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，呈電中性。這些由原子核發(fā)出的射線統(tǒng)稱為核輻射。第十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子的衰變中子由中子源產(chǎn)生。處于自由狀態(tài)的中子不穩(wěn)定，可衰變?yōu)橘|(zhì)子，同時放出一個β電子和一個反中微子（與中微子的自旋方向相反）。半衰期：衰變掉一半中子數(shù)所需要的時間。中子的半衰期為10.80±0.16min。β的最大能量為0.782MeV第二十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子的分類不同能量的中子與其它物質(zhì)的作用也不同。按能量的大小，中子分為：慢中子：（0<E≤1keV)熱中子：與周圍介質(zhì)的原子或分子處于熱平衡狀態(tài)，能量分布服從Maxwell分布，20℃時的平均能量為0.025eV。超熱中子：E>0.4eV，快中子被減速尚未達到熱平衡狀態(tài)。共振中子:(1eV<E≤1keV)中能中子:(1keV<E≤500keV)快中子:(500keV<E≤10MeV)高能中子:(E>10MeV)第二十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子與物質(zhì)的相互作用中子不帶電荷，它通過物質(zhì)時，與電子的相互作用很小，主要是與原于核發(fā)生作用。中子與原子核的相互作用有兩類：散射和吸收反應。散射分為兩種：非彈性散射：入射中子與原子核作用形成復合核，復合核放出能量較低的中子。復合核放出中子后如處在激發(fā)態(tài)，則會立即放出γ射線而回到基態(tài)。散射前后體系的總動能相等。彈性散射：原子核從中子動能中得到一部分能量而形成反沖核，中子則失去部分動能且偏離原方向。中子的慢化或減速：快中子通過物質(zhì)時，因彈性散射或非彈性散射損失其能量而成為速度較慢的中子。第二十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日吸收反應中子與原子核碰撞后，被原子核俘獲，形成一個處于激發(fā)態(tài)的復合核吸收反應。復合核的激發(fā)能等于中子的動能和中子在復合核中的結(jié)合能之和。如果激發(fā)能很大：復合核分裂成兩部分（稱為裂變碎片），并以巨大的速度向不同的方向飛去，同時放出數(shù)個中子裂變反應。如果激發(fā)能不足以使復合核裂變：放出γ光子、α粒子、質(zhì)子等，返回基態(tài)輻射俘獲反應。第二十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子與物質(zhì)的相互作用碰撞散射吸收彈性散射非彈性散射減速、失能慢中子復合核激發(fā)能大裂變反應激發(fā)能小輻射俘獲反應第二十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日吸收反應輻射俘獲反應輻射俘獲（n,）：放出光子發(fā)射質(zhì)子（n,p）：放出質(zhì)子p發(fā)射粒子（n,）：放出粒子中子裂變（n,f）第二十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日原子核反應核反應由入射粒子轟擊原子核靶所產(chǎn)生X：靶核，a：入射粒子，b：出射粒子，Y：剩余核，寫成X(a,b)Y反應。如：197Au(n,)198Au第二十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日化學反應速度反應：M+N=Y氣體碰撞理論：A、B只有通過碰撞才能發(fā)生反應碰撞頻率越高，單位時間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)越多，反應速度越快反應速度：v=dCM/dt=⊿CM/⊿t質(zhì)量作用定律：v=k[M][N]k：速度常數(shù)k=Ae-Ea/RTA:頻率因子第二十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日反應截面核反應概率的大小用中子反應截面來表示。微觀截面：一個原子核和入射的一個中子發(fā)生核反應的概率。以σ表示，單位為靶恩（barn，符號為b）1b=10-28m2.宏觀截面：入射中子與單位體積內(nèi)某給定核素之間的反應概率。用Σ表示。

Σ=σNN：核密度單位體積內(nèi)給定核素的個數(shù)，單位為：cm-3.第二十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子注量率（中子通量）單位體積內(nèi)中子數(shù)與中子速度的乘積稱為中子注量率（用Φ表示），表示在單位時間內(nèi)穿過與其速度矢量垂直的單位面積的中子數(shù)。反應率：反應率=Σ·Φ=σ·

N·Φ第二十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子核反應（1）慢中子（En≤1keV）和中能中子(1<En≤500keV)的核反應：彈性散射和（n,）反應因慢中子和中能中子的能量較低，在核反應中不易使靶核發(fā)射出帶電粒子，也不易使核激發(fā)產(chǎn)生非彈性散射，其主要的核反應是彈性散射和（n,）反應。慢中子在物質(zhì)中因彈性散射成為熱中子。熱中子：具有和熱運動能量相近能量的中子，通常指動能約為0.03eV的中子。熱中子反應幾乎全部為（n,）反應。第三十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子俘獲截面熱中子微觀俘獲截面：是指元素的一個原子核對熱中子發(fā)生俘獲反應的幾率。熱中子宏觀俘獲截面∑：描述單位體積物質(zhì)對熱中子的總俘獲截面的參數(shù)，即：1立方厘米均勻物質(zhì)，所含全部原子的熱中子微觀俘獲截面之總和。第三十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日(n,)反應(n,)反應是靶核俘獲中子形成復合核后再通過發(fā)射退激的過程，又稱輻射俘獲。(n,)反應的截面相當高（10-1000b），特別是重核的反應截面較高，除He外，幾乎所有元素均能與熱中子發(fā)生(n,)反應。(n,)反應的產(chǎn)物一般是放射性核素，而且反應堆的中子通量高，又容易得到，因此是最常用于生產(chǎn)放射性核素的反應。如：59Co(n,)60Co，203Tl(n,)204Tl，31P(n,)32P及98Mo(n,)99Mo等。有的(n,)反應產(chǎn)物是穩(wěn)定核素，但其反應截面很高，可用于吸收慢中子，如113Cd(n,)114Cd，其熱中子吸收截面為1980b，中子能量在0.176eV處的共振截面達6000b，常用作反應堆的控制棒。第三十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日(2)快中子的核反應快中子(0.5<E≤10MeV)：快中子與靶核作用，主要為彈性散射（n,n）和非彈性散射(n,n’)，這兩者的幾率相同。其次，也能誘發(fā)(n,)和(n,p)等反應?？熘凶釉谖镔|(zhì)中因彈性散射和非彈性散射過程損失能量而慢化?？熘凶优c中等質(zhì)量靶核的反應為(n,p)，(n,)。因為靶核庫侖勢壘的影響，重核的(n,p)，(n,)反應截面小，因此以輕核的(n,p)，(n,)反應較多，如14N(n,p)14C第三十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核裂變鈾核在俘獲中子后分裂成質(zhì)量相差不多的兩個碎片，這種核過程稱為核裂變。核裂變有誘發(fā)裂變和自發(fā)裂變兩種。原子核在沒有外界激發(fā)下發(fā)生的裂變，稱為自發(fā)裂變。誘發(fā)裂變不僅可由中子誘發(fā)，也可由p，等粒子誘發(fā)。中子誘發(fā)裂變過程不僅釋放出大員的能量，而且每次裂變?nèi)园橛兄凶影l(fā)射，可使裂變反應成為自持鏈式反應，因而占有最重要的地位.第三十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日235U的裂變第三十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日第三十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日易裂變核素熱中子可誘發(fā)裂變的核素稱為易裂變核素。很多重核能發(fā)生熱中子裂變，但裂變截面大且壽命長的只有235U、233U和239Pu。易裂變核素吸收中子后除發(fā)生裂變外，還可以發(fā)射γ。因此熱中子吸收截面包括裂變截面σf和輻射俘獲界面σc。第三十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日可裂變核有些核素，如238U，232Th等，熱中子不能誘發(fā)裂變，只有當中子能量達到一定值時才能誘發(fā)裂變，即存在裂變閾值。這種裂變稱為有閾裂變，這些核素稱為可裂變核。第三十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子的慢化大多數(shù)中子源(放射性中子源、加速器中子源和反應維）產(chǎn)生的中子都是能量為幾至十幾MeV的快中子。天然易裂變物質(zhì)只有235U，它在天然鈾中只占0.712%.235U的原子核在較低能量的中子轟擊下能發(fā)生裂變反應。因此，需要將快中子減速為慢中子?？熘凶优c原子核能進行非彈性和彈性散射，但慢化過程中，以彈性散射為主。第三十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日鈾同位素的微觀截面第四十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日慢化劑、減速劑裂變中釋放出的中子，大部分為能量為1-2MeV的快中子，它們與235U發(fā)生裂變的概率很小。使中子慢化的物質(zhì)稱為慢化劑。第四十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日慢化劑的慢化能力（減速能力）平均對數(shù)能降ξ:每次碰撞引起的中子能量的自然對數(shù)的平均變化值。ξ只和慢化劑的質(zhì)量數(shù)有關(guān)，質(zhì)量數(shù)越小，ξ越大。慢化劑的慢化能力用中子的平均對數(shù)能降ξ和宏觀散射截面Σs之積(ξΣs)表示。第四十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日慢化劑的慢化比（減速比）慢化劑除應具有大的ξ外，還應該具有：較大的散射截面中子與核易發(fā)生彈性散射。Σs大較小的吸收截面慢化劑對中子吸收少，中子損失少。Σa小慢化劑的慢化比=ξΣs/Σa綜合指標第四十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日慢化劑的減速能力和減速比第四十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日慢化劑的減速能力和減速比慢化劑水重水石墨鈹減速能力(ξΣs)1.530.1780.080.158減速比(ξΣs/Σa)715670192143減速能力越大，中子在同樣能量損失下經(jīng)過的路程就越短．減速比越大，減速性能越好重水的減速能力雖比普通水差，但減速性能卻要好得多第四十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日第四十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核反應堆與核電站核反應堆：可控制地利用原于核能的裝置。核能動力系統(tǒng)的核心部分，其作用相當于火力發(fā)電廠的鍋爐“原于鍋爐”。1939年發(fā)現(xiàn)了核裂變，1942年，世界上第一座核反應堆，人類第一次實現(xiàn)了自持核裂變鏈式反應，從而實現(xiàn)了受控的核能釋放。關(guān)鍵：可控。1954年建成了世界第一度核電站。目前，世界上已有約500座核反應堆和核電站。第四十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核反應堆原理用慢中子轟擊鈾原子核時，235U原子核能夠俘獲一個中子，所生成的復合核極不穩(wěn)定，以致立即分裂成兩個原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)都不相同的碎片——新的原子核〔有時也能分裂成三塊或四塊碎片，但機率很小)，同時產(chǎn)生2—3個新的中子，升釋放出很大的能量(約為200MeV）。裂變反應。第四十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日235U裂變碎片出現(xiàn)的概率曲線兩個峰值位于質(zhì)量數(shù)為95和140附近裂變成質(zhì)量數(shù)恰好相等的兩半的概率很小，約為0.01%。第四十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日鏈式反應若裂變反應發(fā)生在適當大小的一維鈾塊內(nèi)，在一定的條件下，235U原子核裂變時產(chǎn)生的2—3個中子，有可能再去轟擊其他235U原子核，使之發(fā)生裂變，于是產(chǎn)生更多的中子，從而引起更多的235U原子核發(fā)生裂變。這樣一代一代發(fā)展下去，就成為一連串的裂變反應。如果這種過程能繼續(xù)不斷地進行下去，那么就會有大量的235U在很短的時間內(nèi)迅速裂變（鏈式反應），釋放出巨大能量。第五十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核裂變鏈式反應第五十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日第五十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日原子彈爆炸原理中子從釋放到引起裂變的時間間隔通常只有萬分之一秒。如果讓鏈式反應不加控制地繼續(xù)進行下去，那么在極短的時間內(nèi)持有大量的235U核發(fā)生裂變，放出巨大的能量原子彈爆炸。第五十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日反應控制原理怎樣才能使模式反應在反應堆內(nèi)連續(xù)不斷地進行下去并加以控制呢?關(guān)鍵控制中子的數(shù)目，保持中子平衡。維持鏈式反應的基本條件：每一個核裂變時所產(chǎn)生的中子，其中平均至少要有一個中子能引起另一個核發(fā)生裂變。但是，實際上，在反應堆內(nèi)并非每一個中子都能引起新的核裂變。首先，這是因為反應堆用的核燃料一般是天然鈾或低濃鈾，只含有少量的可裂變物質(zhì)235U（0.7%)，而大部分是238U(98%)，它會吸收慢中子而不發(fā)生核裂變，只有能量大于1.1MeV的快中子才能使238U原子核發(fā)生裂變。其次，在反應堆內(nèi)除了裝有核燃料外，還有慢化劑、冷卻劑和其他金屬結(jié)構(gòu)材料，這些物質(zhì)在一定程度上會吸收中子。所以在反應堆內(nèi)能否實現(xiàn)自持鏈式反應，取決子中子參與以上四個過程反應的相對程度。第五十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子的產(chǎn)生和消耗

(1)各種能量的中子轟擊235U原子核時產(chǎn)生的裂變過程，以及快中子轟擊238U所引起的裂變，都使中子的數(shù)目增加。

(2)有一小部分235U吸收中子后不發(fā)生裂變而生成236U，238U吸收熱中子后不發(fā)生裂變而轉(zhuǎn)化為239Pu，這種非裂變俘獲使中子數(shù)目減少。

(3)中子被慢化劑、冷卻劑、結(jié)構(gòu)材料、裂變產(chǎn)物及其他雜質(zhì)吸收。

(4)有一部分中子跑到堆芯核燃料外面去，這部分中子的損失稱為中子泄漏。第五十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子平衡產(chǎn)生中子：裂變，每次約2.4個中子消耗中子：非裂變俘獲：燃料中的238U等慢化劑冷卻劑金屬結(jié)構(gòu)材料泄露幾個過程在系統(tǒng)中消耗中子，而只有第一個過程在消耗中子的同時產(chǎn)生更多的新中子。只有在每次裂變產(chǎn)生的中子數(shù)目等于或超過各個過程消耗的中子總數(shù)時，反應堆才有可能實現(xiàn)自持裂變鏈式反應。所以在設(shè)計反應堆時，首先要研究核燃料、慢化劑、冷卻劑及其他結(jié)構(gòu)材料如何選擇和怎樣組合，盡量減少中子輻射俘獲和泄漏的損失，使它們在適當大小的堆芯結(jié)構(gòu)中，能夠產(chǎn)生自持裂變鏈式反應。第五十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核裂變控制第五十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日中子有效增值系數(shù)K=1:中子循環(huán)達到平衡，形成自持鏈式反應，反應堆處于臨界狀態(tài)，以恒定功率運轉(zhuǎn)。K>1：中子數(shù)目會急劇增加，功率不斷增長，反應堆處于超臨界狀態(tài)，反應堆啟動和功率提升的狀態(tài)。K<1：中子數(shù)目會一代比一代少，反應堆處于超臨界狀態(tài)，反應堆停堆和功率降低的狀態(tài)。第五十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日過剩增值系數(shù)過剩增值系數(shù)：⊿Keff=Keff-1衡量反應堆臨界程度。第五十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日反應性=0：反應堆處于臨界狀態(tài)；>0：反應堆處于超臨界狀態(tài)，相當于功率提升階段<0：反應堆處于次臨界狀態(tài)，相當于降功率過程。第六十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日反應性的控制要使反應堆達到臨界狀態(tài)，就要生產(chǎn)高純度的235U核燃料，選用中子吸收截面小的慢化劑、冷卻劑和反應堆結(jié)構(gòu)材料，盡量減少因被吸收而損失的中子數(shù)。而且堆芯內(nèi)的這些材料要有適當?shù)慕M合和布置。同時堆芯的幾何形狀和體積大小要適當，以減少中子的泄漏損失。這樣才能使Keff＝1。在反應堆中，可用控制棒和硼酸來控制鏈式反應進行的程度，即控制和調(diào)節(jié)反應堆的運行功率，使反應誰正常運行。第六十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日控制棒控制棒有能夠強烈吸收中子的材料（銀銦鎘合金）制成，有驅(qū)動機構(gòu)帶動在堆芯內(nèi)移動（抽出或插入）來控制反應性。主要用于控制反應堆的啟動、停止和功率變化等較快速的反應性變化。問題：控制棒插入后中子密度的分布發(fā)生畸變，局部中子密度過高，出現(xiàn)熱點，嚴重時使燃料棒燒毀。因此，對控制棒的插入深度要嚴格控制。第六十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日Ag-In-Cd材料的中子吸收Ag-In-Cd合金—黑棒不銹鋼—灰棒第六十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日硼酸硼酸中硼原子核可以吸收中子，把硼酸溶解在慢化劑中，通過調(diào)節(jié)硼酸的濃度可以控制反應性。優(yōu)點：硼酸在堆芯中分布均勻，不會引起中子注量率畸變。缺點：調(diào)節(jié)速度慢慢化劑中硼酸濃度的調(diào)節(jié)速度緩慢.只能用于控制比較緩慢的反應性變化，如燃耗、慢化劑溫度變化、氙毒等。第六十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日臨界質(zhì)量和臨界體積使裂變物質(zhì)在特定條件下實現(xiàn)自持鏈式裂變反應所需的最少裂變物質(zhì)的量稱為臨界質(zhì)量。與臨界質(zhì)量相應的裂變物質(zhì)的體積，稱為臨界體積。臨界質(zhì)量是反應堆的重要參數(shù)之一，它因堆型的不同而異。第六十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日反應堆的主要組成部分反應堆組成：活性區(qū)、反射層、屏蔽層活性區(qū)：核裂變反應發(fā)生處，發(fā)應堆的核心部分?；钚詤^(qū)組成：核燃料、慢化劑、冷卻劑、控制棒、其它結(jié)構(gòu)部件第六十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核燃料核燃料：裂變?nèi)剂希衡櫍?35（自然界存在的唯一一種核燃料）鈾－233

钚－239

轉(zhuǎn)換燃料：釷－232

鈾－238核燃料的形態(tài)：固態(tài)：實際應用的核燃料液態(tài)：未達到工業(yè)應用的程度第六十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日對固體核燃料的要求具有良好的輻照穩(wěn)定性，保證燃料元件在經(jīng)受深度燃耗后，尺寸和形狀的變化能保持在允許的范圍之內(nèi)具有良好的熱物性（熔點高，熱導率大，熱膨脹系數(shù)?。?，使反應堆能達到高的功率密度在高溫下與包殼材料的相容性好與冷卻劑接觸不產(chǎn)生強烈的化學腐蝕工藝性能好，制造成本低，便于后處理第六十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日固體核燃料金屬鈾與鈾合金

特點：密度高、熱導率大、工藝性能好；輻照穩(wěn)定性差，有“腫脹”現(xiàn)象；不能在現(xiàn)在動力堆中使用。第六十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日燃料腫脹第七十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日陶瓷燃料氧化物、碳化物、氮化物氧化物的使用研究最多，輕水、重水、改進型氣冷、快堆等均使用燒結(jié)的氧化物圓柱小塊。氧化鈾：钚、鈾混合物：UO2+PuO2UC+PuCUN+PuN第七十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日核燃料芯塊第七十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日燃料芯塊第七十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日燃料棒第七十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日燃料組件第七十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日燃料組件第七十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日包殼材料對包殼材料的要求：具有良好的核性能，也就是中子吸收截面要小，感生放射性要弱。具有良好的導熱性能。與核燃料的相容性要好，也就是說在燃料元件的工作狀態(tài)下，包殼與燃料的界面處不會發(fā)生使燃料元件性能變壞的物理作用和化學反應。具有良好的機械性能，即能夠提供合適的機械強度和韌性，使得在燃耗較深的條件下，仍能保持燃料元件的機械完整性。應有良好的抗腐蝕能力。具有良好的輻照穩(wěn)定性。容易加工成形，成本低廉，便于后處理。第七十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日包殼材料鋯合金不銹鋼和鎳基合金

水堆中應用最普遍的是鋯－2和鋯－4合金快堆中主要考慮高溫性能和抗輻照損傷性能，目前多采用奧氏體不銹鋼，有時也使用鎳基合金。

第七十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日慢化劑第七十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日冷卻劑(又稱載熱劑)核裂變釋放的巨大能量，會使燃料元件溫度升高，必須及時地把熱量帶出堆芯，否則，燃料元件將被燒毀。冷卻劑通過活性區(qū)，在反應堆冷卻劑一回路系統(tǒng)循環(huán)流動，不斷地將堆內(nèi)的熱量帶出來，通過熱交換器散熱，使堆芯得到冷卻，保持一定的工作溫度。如果是動力堆，帶出來的熱量可用于發(fā)電或作其他用途。冷卻劑必須具有吸收中子少，導熱性能好，對結(jié)構(gòu)材料腐蝕性小等特性?？捎米鳠嶂杏诙牙鋮s劑的物質(zhì)有：重水、普通水、二氧化碳氣體、氦氣等。熔融的金屬鈉和鈉鉀合金，是快中于堆常用的載熱劑。它們的導熱性能很好，但是操作設(shè)備復雜，與水和空氣接觸時會引起燃燒和爆炸等，這是它們的缺點，所以要特別注意安全。第八十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日控制棒控制棒的作用是控制核裂變鏈式反應的進行，調(diào)節(jié)Keff的大小，是反應堆保持一定的功率正常運行，并保證反應堆的安全?？刂瓢羰侵凶游战孛婧艽蟮奈镔|(zhì)，如B、Cd、Ha等?？刂瓢舴譃椋赫{(diào)節(jié)棒、補償棒和安全棒三種第八十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日反射層活性區(qū)有一定大小，總有一部分中子泄漏，因此，在活性區(qū)外建造反射層，把可能逃逸（泄漏）的中子反射回來。熱堆：能作慢化劑的材料都可以作反射層：石墨、重水、水等。第八十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日屏蔽層隨反應堆的運行，產(chǎn)生大量裂變產(chǎn)物，放射性非常強。為保護工作人員安全，并防止鄰近的結(jié)構(gòu)材料收到輻射損傷，必須在反應堆的四周建造一個相當厚的屏蔽層。常用的屏蔽材料為混凝土等。第八十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日五重安全屏障燃料芯塊燃料包殼壓力容器（一回路壓力邊界）安全殼廠房第八十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日反應堆類型分類方法反應堆名稱按中子能量分快中子堆、熱中子堆按中子通量分高通量堆、一般通量堆按慢化劑分石墨堆、輕水堆、重水堆、鈹堆按冷卻劑分水冷堆、氣冷堆、液態(tài)金屬冷卻堆按燃料形式分非均勻堆（固體堆）、均勻堆（液體堆）按熱工狀態(tài)分壓水堆、沸水堆按運行方式分穩(wěn)態(tài)堆、脈沖堆按用途分零功率堆、研究實驗堆、生產(chǎn)堆、動力堆、增值堆第八十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日影響反應性的重要因素1.慢化劑溫度效應慢化劑溫度變化引起反應性變化的現(xiàn)象，稱慢化劑溫度效應。慢化劑溫度變化1℃所引起的反應性變化的大小稱為慢化劑溫度系數(shù)，用αt表示。溫度升高水的密度減小體積增大單位體積內(nèi)水分子數(shù)減少水的慢化能力減小反應性減小負的溫度系數(shù)單位體積內(nèi)硼酸分子數(shù)減少中子被硼酸吸收的概率減小反應性增大正的溫度系數(shù)第八十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日硼酸濃度限制因此，當慢化劑溫度增加時，引起了兩個相反的效應，即純水的負效應和溶解毒物的正效應。慢化劑溫度系數(shù)是正值還是負值，要看這兩方面的效應哪個更顯著。在壓水堆中，當水中沒有或僅含有少量硼時，慢化劑溫度系數(shù)是負值；在硼濃度較大時，慢化劑溫度系數(shù)是正值。技術(shù)規(guī)范要求壓水堆電站運行時慢化劑溫度系數(shù)必須為負值，所以硼濃度不能太高，通常不超過1400μg/g。第八十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期日2．燃料溫度效應（多普勒效應）燃料溫度效應是由于燃料溫度變化引起U-238共振吸收截面變化引起的反應性變化，也稱多普勒效應。當燃料溫度上升時，U-238共振吸收俘獲截面峰值覆蓋的能譜加寬，這就導致有較多的中子損失在燃料共振區(qū)，從而使反應性下降；反之，當燃料溫度下降時，則反應性增加。燃料溫度變化1℃所引起的反應性變化，稱為燃料溫度系數(shù)（多普勒系數(shù)），用αu表示，α