核反應(yīng)堆物理緒論

裴洋核能發(fā)電教研室

核反應(yīng)堆物理基礎(chǔ)緒論核反應(yīng)堆物理vs.核物理

ReactorPhysicsvs.NuclearPhysicsPhysics（物理）：研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般的規(guī)律和物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)等。NuclearPhysics(核物理)：研究微觀物質(zhì)世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律及基本結(jié)構(gòu)。ReactorPhysics(核反應(yīng)堆物理)Neutronics，又稱為“中子學(xué)”工程物理，研究反應(yīng)堆內(nèi)中子行為的科學(xué)，是反應(yīng)堆專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，是反應(yīng)堆屏蔽、熱工、安全、控制、材料輻照損傷分析等的工作的基礎(chǔ)之一。核反應(yīng)堆物理核心內(nèi)容：核反應(yīng)堆物理的基礎(chǔ)：擴(kuò)散理論/擴(kuò)散方程(輸運(yùn)理論/輸運(yùn)方程)+臨界理論能量變量：分群理論空間變量：柵格的非均勻效應(yīng)與均勻化群常數(shù)計(jì)算時(shí)間變量反應(yīng)堆動(dòng)態(tài)學(xué)(反應(yīng)性/功率隨時(shí)間緩慢變化)：燃耗、裂變產(chǎn)物中毒反應(yīng)堆中子動(dòng)力學(xué)(反應(yīng)性/功率隨時(shí)間快速變化)：反應(yīng)堆動(dòng)力學(xué)模型(考慮緩發(fā)中子效應(yīng))常見的核裝置核反應(yīng)堆裂變反應(yīng)堆聚變反應(yīng)堆(慣性約束聚變反應(yīng)堆、磁約束聚變反應(yīng)堆)聚變-裂變混合堆加速器研究用加速器醫(yī)用加速器工業(yè)用加速器放射源天然放射源人工放射源核武器第1/2代核武器：原子彈、氫彈、中子彈第3代核武器：伽瑪射線彈、電磁脈沖彈等按核反應(yīng)堆的功能來區(qū)分：生產(chǎn)堆動(dòng)力堆研究堆按核反應(yīng)堆的工作原理來區(qū)分：輕水堆（包括壓水堆和沸水堆）重水堆氣冷堆快中子增殖堆聚變堆核反應(yīng)堆的分類

核反應(yīng)堆基本工作原理核反應(yīng)有聚變反應(yīng)和裂變反應(yīng)核燃料：鈾-235、鈾-233、钚-239235U+1n→140Ba+94Kr+21n+200MeV每1g鈾裂變所釋放出來的能量相當(dāng)于2800kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)發(fā)出來的總能量。每產(chǎn)生100萬千瓦的熱功率，則每天需要消耗1.22千克的鈾-235。Copyright7釋放出大量能量；裂變過程和裂變產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生放射性；裂變反應(yīng)終止后，裂變產(chǎn)物在衰變過程中會(huì)繼續(xù)釋放熱量，即衰變熱；核裂變是目前獲取核能的主要方式。核裂變反應(yīng)Copyright8兩個(gè)較輕的原子核（如氘和氚）在一定條件下聚合成較重原子核（如氦）并釋放出大量能量；核聚變不產(chǎn)生放射性；核聚變的原料豐富（可取自海水）；核聚變是未來理想的能源獲取方式。核聚變反應(yīng)核電站核電站：利用原子能內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量大規(guī)模生產(chǎn)電力的新型發(fā)電站常見的壓水堆包括兩部分：利用核能產(chǎn)生蒸汽的核島：核反應(yīng)堆+一回路系統(tǒng)利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島：汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等(與普通電廠類似)秦山核電站大亞灣核電站田灣核電站壓水核反應(yīng)堆系統(tǒng)堆型代表是美國西屋公司的PWR和蘇聯(lián)/俄羅斯的VVER；使用富集鈾（2%～4.4%），以輕水（H2O）為冷卻劑和慢化劑，水在堆內(nèi)保持液態(tài)（155bar，310℃）；體積緊湊，固有安全性好，是目前世界上運(yùn)行數(shù)量最多的堆型（約65%）。核反應(yīng)堆系統(tǒng):一回路系統(tǒng)核反應(yīng)堆堆本體Copyright13沸水堆堆型代表是通用電氣的BWR和蘇聯(lián)/俄羅斯的LWGR；BWR現(xiàn)主要由通用—日立核能公司開發(fā)；LWGR已不再開發(fā)應(yīng)用；使用富集鈾，以輕水（H2O）為冷卻劑和慢化劑，水在堆內(nèi)沸騰產(chǎn)生蒸汽（75bar，285℃）；早期沸水堆安全殼容積小、整體性好、系統(tǒng)設(shè)備簡潔、成本競爭性強(qiáng)、產(chǎn)生的蒸汽帶有放射性；是目前世界上僅次于壓水堆的堆型（約23%）。BWR反應(yīng)堆RMBK反應(yīng)堆BWR燃料組件其它主要堆型介紹Copyright14代表堆型是加拿大原子能公司開發(fā)的坎杜堆（CANDU）；使用天然鈾或乏燃料，以重水（D2O）為慢化劑和冷卻劑，重水在堆內(nèi)保持液態(tài)；重水成本高、可不停堆換料。重水堆原理圖重水堆燃料組件直徑：10cm長度：50cm重水堆Copyright15氣冷堆堆型代表是英國卡德蒙爾核電站；以氦氣或二氧化碳為冷卻劑，石墨為慢化劑，早期（Magnox）使用天然鈾，后期改進(jìn)型（AGR）使用富集鈾；可產(chǎn)生19.0MPa，535℃的高溫高壓過熱蒸汽；較高固有安全性、燃料轉(zhuǎn)換比高、燃耗深、熱效率高、用途廣泛；體積大，功率小。GCR（Magnox）原理圖AGR（改進(jìn)氣冷堆）原理圖Copyright16快中子堆不需要慢化劑，以金屬作為冷卻劑，以濃縮鈾235為原料，通過快中子使燃料中的鈾238轉(zhuǎn)化為钚239，并使產(chǎn)生大于消耗，實(shí)現(xiàn)燃料的不斷增殖，一般選用混合燃料（MOX）；使鈾資源利用率提高至60%以上，放射性廢物最小化。

第四代可選堆型之一；1951年，美國建成世界第一座試驗(yàn)快堆（EBR1），法國則首先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行（鳳凰堆）；Copyright17中國第一座實(shí)驗(yàn)驗(yàn)快中子反應(yīng)堆法國超鳳凰快堆（1973-2009）中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）實(shí)驗(yàn)堆熱功率65MW，，2011年7月21日首次并網(wǎng)發(fā)電。Copyright18核聚變堆人類未來理想的能源消費(fèi)方式；國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托克馬克裝置，俗稱“人造太陽”?！癐TER”項(xiàng)目由歐盟、俄羅斯、日本、印度、韓國、中國、美國七個(gè)國家和組織組成，是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科研合作項(xiàng)目之一。ITER的托克馬克裝置ITER項(xiàng)目方投資份額19核電是否安全？核電站會(huì)不會(huì)像原子彈那樣爆炸？核燃料的有效成分為235U或239Pu，而235U或239Pu同樣是原子彈的核炸藥那核電站會(huì)不會(huì)像原子彈那樣爆炸？？不必?fù)?dān)心，絕對(duì)沒有這種可能！

“啤酒燒不著”

反應(yīng)堆有內(nèi)在的安全特性及多重安全保護(hù)系統(tǒng)

發(fā)生核爆炸并不簡單壓水堆核電站防止放射性物質(zhì)外泄的三道屏障輻