新能源發(fā)電技術(shù) 電子課件 2.4 核電站的安全基礎(chǔ)

2.4核電站的安全基礎(chǔ)任課老師：于立軍2019年03月目錄Contents2.4.1輻射及其危害2.4.2反應(yīng)堆的固有安全性2.4.3核電站安全性2.4.4核電站安全事故目錄Contents2.4.1輻射及其危害2.4.2反應(yīng)堆的固有安全性2.4.3核電站安全性2.4.4核電站安全事故2.4.1.1天然輻射與人工輻射核電站潛在危險(xiǎn)性輻射危害不穩(wěn)定核素天然輻射釋放帶電粒子形成穩(wěn)定核素人工輻射2.4.1.1天然輻射與人工輻射γ射線β射線α射線穿透能力極弱，電離能力極強(qiáng)防止吸入被污染的空氣和食入被污染的食物、防止傷口被污染穿透能力中等，電離能力中等防止直接接觸應(yīng)對(duì)β射線，樓房是很好的屏蔽體穿透能力極強(qiáng)，電離能力極弱盡可能減少受輻射的時(shí)間，遠(yuǎn)離輻射源天然放射性同位素放射的射線2.4.1.1天然輻射與人工輻射本底輻射/天然輻射人工輻射輻射無(wú)處不在人類在自然界這種輻射環(huán)境下生存和發(fā)展低水平的輻射不會(huì)對(duì)人類造成危害核工業(yè)過(guò)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產(chǎn)生射線照射計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)等用電設(shè)備產(chǎn)生的輻射2.4.1.2輻射劑量1.指單位質(zhì)量的物質(zhì)吸

收電離輻射的能量2.國(guó)際單位是戈瑞（Gy）1Gy=1J/Kg吸收劑量(D)1.在吸收劑量的基礎(chǔ)上考慮了人體

受到輻射后產(chǎn)生的生物效應(yīng)2.是吸收劑量D與輻射的品質(zhì)因子Q的乘積3.在輻射防護(hù)中更常用4.單位稱為希沃特（Sv），1Sv=1J/kg當(dāng)量劑量(H)輻射劑量2.4.1.2輻射劑量100%0.01核電站周圍100%0.15水果糧食空氣100%0.038~0.075每天吸20支煙100%20放射性工作者職業(yè)劑量限值100%0.02胸肺透視一次100%0.75磚房100%0.001每天看一小時(shí)電視100%0.005毫希/小時(shí)乘坐飛機(jī)100%3.7某些高原地區(qū)居民生活中受到的天然輻射量單位：毫希/年2.4.1.3輻射危害超過(guò)限定值的核輻射對(duì)人體產(chǎn)生危害指其對(duì)受照者本人產(chǎn)生的影響，如核輻射可能會(huì)引起白內(nèi)障、皮膚良性損傷、骨髓造血障礙、生育能力減退以及血管結(jié)締組織受損等指其對(duì)下一代的影響輻射傷害通過(guò)兩種途徑引起放射性核素在生物體外，使生物受到來(lái)自外部的射線照射放射性核素進(jìn)入生物體，使生物受到來(lái)自內(nèi)部的射線照射內(nèi)(部)輻射外(部)輻射遺傳效應(yīng)軀體效應(yīng)一般來(lái)講，身體接受的輻射能量越多，其放射病癥狀越嚴(yán)重。2.4.1.3輻射危害100%100-1000白細(xì)胞減少人體本身不會(huì)有感覺(jué)100%2000-4000骨髓遭到破壞紅白細(xì)胞極度減少嘔吐、出血100%>4000直接導(dǎo)致死亡100%<100無(wú)危害100%1000-2000導(dǎo)致輕微射線疾病接

受

當(dāng)

量

劑

量

與

人

體

的

表

現(xiàn)單位：毫希2.4.1.3輻射危害較長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)允許劑量的輻射損傷短時(shí)間內(nèi)大劑量電離輻射引起的放射性損傷隨受照劑量的不同，在受照部位可能出現(xiàn)紅斑、水腫、干性脫皮和濕性脫皮、起水泡、疼痛、壞死、壞疽或脫發(fā)等癥狀主要出現(xiàn)在急性放射病典型病程的初期，表現(xiàn)為惡心、嘔吐、疲勞、發(fā)熱和腹瀉全身外照射損傷局部照射損傷急性放射病慢性放射病核輻射致病按受輻射劑量分類分別導(dǎo)致的病狀目錄Contents2.4.1輻射及其危害2.4.2反應(yīng)堆的固有安全性2.4.3核電站安全性2.4.4核電站安全事故2.4.2反應(yīng)堆固有安全性反應(yīng)堆本身具有一定的安全性自然安全性非能動(dòng)的安全性設(shè)計(jì)所賦予的內(nèi)在的安全的特性（固有安全性）2.4.2反應(yīng)堆固有安全性1自然安全性定義：指反應(yīng)堆內(nèi)在的自然科學(xué)法則的安全性，

事故時(shí)能控制反應(yīng)堆反應(yīng)性或自動(dòng)終止裂

變，確保堆芯不熔化自然安全性來(lái)自反應(yīng)堆本身所具有的負(fù)反饋效應(yīng)2.4.2反應(yīng)堆固有安全性1自然安全性負(fù)反饋效應(yīng)123燃料溫度效應(yīng)(多普勒效應(yīng))慢化劑溫度效應(yīng)慢化劑空泡效應(yīng)2.4.2反應(yīng)堆固有安全性2非能動(dòng)的安全性定義：建立在慣性原理、重力法則、熱傳遞法則等

基礎(chǔ)上的非能動(dòng)設(shè)備（無(wú)源設(shè)備）的安全性，

即安全功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)須依賴外部動(dòng)力1自然安全性2.4.2反應(yīng)堆固有安全性2非能動(dòng)的安全性控制棒借助重力落入堆芯實(shí)現(xiàn)緊急停堆1自然安全性事故狀態(tài)，惰性飛輪推動(dòng)水泵繼續(xù)工作導(dǎo)出衰變余熱利用熱水與冷水的密度差建立自然循環(huán)導(dǎo)出衰變余熱目錄Contents2.4.1輻射及其危害2.4.2反應(yīng)堆的固有安全性2.4.3核電站安全性2.4.4核電站安全事故2.4.3.1安全原則為了保證核電站的安全，現(xiàn)有核電廠的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行貫徹了縱深防御的安全原則：在放射性源與人之間設(shè)置多道屏障確保多道屏障有效的多級(jí)防御2.4.3.1安全原則1234核燃料芯塊燃料元件包殼壓力容器和封閉的一回路系統(tǒng)安全殼多道屏障2.4.3.1安全原則1234核燃料芯塊燃料元件包殼壓力容器和封閉的一回路系統(tǒng)安全殼多道屏障1.耐高溫、輻射、腐蝕的二氧化鈾陶瓷核燃料2.保留住98%以上的放射性裂變物質(zhì)3.只有穿透能力較強(qiáng)的中子和γ射線才能輻射出來(lái)2.4.3.1安全原則1234核燃料芯塊燃料元件包殼壓力容器和封閉的一回路系統(tǒng)安全殼多道屏障1.二氧化鈾陶瓷芯塊被裝入包殼管組成了燃料棒2.鋯合金燃料元件包殼防止氣體裂變產(chǎn)物及裂變碎片的外逸3.逸出的裂變氣體，可存于燃料-包殼間隙或燃料元件端部的氣隙2.4.3.1安全原則1234核燃料芯塊燃料元件包殼壓力容器和封閉的一回路系統(tǒng)安全殼多道屏障1.被限制在壓力容器與一個(gè)或數(shù)個(gè)一回路環(huán)路內(nèi)流動(dòng)的2.壓力容器與一回路管道組成了又一道屏障2.4.3.1安全原則1234核燃料芯塊燃料元件包殼壓力容器和封閉的一回路系統(tǒng)安全殼多道屏障1.阻止放射性物質(zhì)向環(huán)境逸散的最后一道屏障2.一般采用雙層殼體結(jié)構(gòu)，對(duì)放射性物質(zhì)有很強(qiáng)的防護(hù)作用2.4.3.1安全原則多級(jí)防御1234第一道防線第二道防線第三道防線第四道防線5第五道防線為達(dá)到長(zhǎng)期安全運(yùn)行的目的：要求反應(yīng)堆及其動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)必須有內(nèi)在的自然安全性系統(tǒng)對(duì)于損傷必須有最大的耐受性設(shè)備必須有冗余度和可檢查性以及在投入運(yùn)行前或整個(gè)工作壽期內(nèi)的可試驗(yàn)性等2.4.3.1安全原則多級(jí)防御1234第一道防線第二道防線第三道防線第四道防線5第五道防線要求能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和控制異常狀況，應(yīng)能對(duì)人身與設(shè)備進(jìn)行安全防護(hù)，防止和減小事故產(chǎn)生的危害應(yīng)有可靠的停堆系統(tǒng)，即當(dāng)某些控制棒組件故障時(shí)，仍能快速停堆另外，電廠還必須有兩套獨(dú)立的重要設(shè)備繼續(xù)工作，帶出反應(yīng)堆的余熱2.4.3.1安全原則多級(jí)防御1234第一道防線第二道防線第三道防線第四道防線5第五道防線對(duì)前兩級(jí)防御的補(bǔ)充如發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故或多重事故，而一些保護(hù)系統(tǒng)又同時(shí)失效時(shí)，必須有另外的專設(shè)安全設(shè)施投入工作由于專設(shè)安全設(shè)施的作用，可有效防止燃料的熔化和限制裂變產(chǎn)物的釋放2.4.3.1安全原則多級(jí)防御1234第一道防線第二道防線第三道防線第四道防線5第五道防線防止和緩解核電廠的嚴(yán)重事故（嚴(yán)重事故是指堆芯遭到嚴(yán)重?fù)p壞和熔化，甚至安全殼遭到破壞的事故，將導(dǎo)致放射性物質(zhì)大量釋放到環(huán)境）對(duì)策包括：減輕安全殼上的載荷和加強(qiáng)安全殼結(jié)構(gòu)來(lái)保持安全殼的完整性，采取事故處置措施來(lái)阻止事件演變成嚴(yán)重事故，限制放射性物質(zhì)釋放至環(huán)境2.4.3.1安全原則多級(jí)防御1234第一道防線第二道防線第三道防線第四道防線5第五道防線以核電廠發(fā)生嚴(yán)重事故的應(yīng)急對(duì)策為主要內(nèi)容，以適時(shí)采取應(yīng)急防護(hù)措施，保護(hù)公眾已發(fā)展核電的各國(guó)均以法規(guī)形式對(duì)核電廠應(yīng)急準(zhǔn)備有明確要求核電廠的應(yīng)急計(jì)劃和準(zhǔn)備，均已發(fā)生嚴(yán)重事故為基礎(chǔ)2.4.3.2專設(shè)安全設(shè)施人們常用“萬(wàn)無(wú)一失”來(lái)形容一件事物的安全可靠，而核電站為這極不可能出現(xiàn)的“一失”也做出了周密的準(zhǔn)備，這就是專設(shè)安全設(shè)施安全注射系統(tǒng)安全殼安全殼噴淋系統(tǒng)輔助給水系統(tǒng)2.4.3.2專設(shè)安全設(shè)施1安全注射系統(tǒng)/應(yīng)急堆冷卻系統(tǒng)當(dāng)一回路系統(tǒng)破裂引起失水事故時(shí)，安全注射系統(tǒng)向堆芯注水，防止堆芯熔化，保持堆芯的完整性當(dāng)發(fā)生主蒸汽管道破裂時(shí)，冷卻劑由于過(guò)度冷卻而收縮，穩(wěn)壓器水位下降，安全注射系統(tǒng)向一回路注入高濃度含硼水，水位上升，迅速停堆并防止過(guò)冷安全注射系統(tǒng)要求能在不同的壓力水平下介入，分三個(gè)子系統(tǒng)：高壓安全注射系統(tǒng)，蓄壓箱注射系統(tǒng)和低壓安全注射系統(tǒng)2.4.3.2專設(shè)安全設(shè)施12安全注射系統(tǒng)/應(yīng)急堆冷卻系統(tǒng)安全殼放射性物質(zhì)與環(huán)境之間的第三道屏障，發(fā)生失水事故和主蒸汽管道破裂事故時(shí)承受內(nèi)壓，防止或減少放射性物質(zhì)向環(huán)境的釋放正常運(yùn)行時(shí)，安全殼對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的放射性輻射提供物理屏蔽，并限制污染氣體的泄露安全殼作為非能動(dòng)安全設(shè)施，能夠在壽命期內(nèi)保持其功能，承受外部事件（如飛機(jī)撞擊、龍卷風(fēng)）和內(nèi)部飛射物及管道甩擊的影響2.4.3.2專設(shè)安全設(shè)施123安全注射系統(tǒng)/應(yīng)急堆冷卻系統(tǒng)安全殼安全殼噴淋系統(tǒng)發(fā)生事故或?qū)е轮髡羝艿榔屏咽鹿蕰r(shí)，從安全殼頂部空間噴灑冷卻水，為反應(yīng)堆降溫降壓，限制事故后安全殼內(nèi)的峰值壓力，以保證安全殼的完整性在必要時(shí)，還可以向噴淋水中加入氫氧化鈉，以去除安全殼大氣中懸浮的碘和碘蒸氣2.4.3.2專設(shè)安全設(shè)施123安全注射系統(tǒng)/應(yīng)急堆冷卻系統(tǒng)安全殼安全殼噴淋系統(tǒng)輔助給水系統(tǒng)4在主給水系統(tǒng)失效或故障的情況下，輔助給水系統(tǒng)向蒸汽發(fā)生器提供給水在反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)，或在反應(yīng)堆熱備用或熱停閉狀態(tài)，或反應(yīng)堆冷停閉而余熱排除系統(tǒng)尚未投運(yùn)之前，為蒸汽發(fā)生器提供給水當(dāng)核電廠發(fā)生失水事故時(shí)，蒸汽管道破裂事故或給水管道破裂事故，主給水系統(tǒng)被切除時(shí)，輔助給水系統(tǒng)自動(dòng)投入2.4.3.3輻射監(jiān)測(cè)與防護(hù)123輻射監(jiān)測(cè)廠房輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：檢測(cè)廠房?jī)?nèi)的放射性物質(zhì)環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：檢測(cè)周圍環(huán)境的放射性物質(zhì)保健性物理檢測(cè)系統(tǒng)：檢測(cè)工作人員的輻射劑量2.4.3.3輻射監(jiān)測(cè)與防護(hù)輻射防護(hù)進(jìn)行輻射監(jiān)測(cè)，掌握工作場(chǎng)所的輻射水平和工作人員受照劑量情況控制輻射源項(xiàng)，降低工作場(chǎng)所的輻射水平根據(jù)輻射水平的大小，對(duì)放射性廠房進(jìn)行分區(qū)控制設(shè)置衛(wèi)生出入口，嚴(yán)格管理進(jìn)出控制區(qū)的人員和物品010203042.4.3.3輻射監(jiān)測(cè)與防護(hù)輻射防護(hù)對(duì)含有放射性物質(zhì)的系統(tǒng)、設(shè)備進(jìn)行合理布置，使工作人員盡量遠(yuǎn)離高輻射區(qū)設(shè)置屏蔽體對(duì)輻射源進(jìn)行屏蔽來(lái)降低外照射設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)保證廠房?jī)?nèi)合理的氣流組織和換氣次數(shù)，降低空氣中的放射性濃度050607目錄Contents2.4.1輻射及其危害2.4.2反應(yīng)堆的固有安全性2.4.3核電站安全性2.4.4核電站安全事故2.4.4.1核泄漏等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)2級(jí)3級(jí)操作違反安全準(zhǔn)則，對(duì)外部沒(méi)有影響嚴(yán)重違反安全準(zhǔn)則或者內(nèi)部可能已有核物質(zhì)污染擴(kuò)散，對(duì)外部沒(méi)影響

極小量放射性物質(zhì)釋放，居民受到程度小于規(guī)定值的影響；工作人員健康受影響核事件2.4.4.1核泄漏等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)4級(jí)5級(jí)6級(jí)很有限但明顯高于標(biāo)準(zhǔn)的核物質(zhì)釋放到廠外；或反應(yīng)堆嚴(yán)重受損；或內(nèi)部人員受嚴(yán)重輻射出現(xiàn)核污染泄露到工廠外，需要采取一定的措施來(lái)挽救一部分核物質(zhì)泄漏到工廠外，需要立刻采取補(bǔ)救措施核事故7級(jí)大量核污染泄漏到工廠外，使附近大范圍的居民和環(huán)境受到嚴(yán)重影響2.4.4.2核電站事故分析三里島事故時(shí)間：1979年3月28日凌晨地點(diǎn)：美國(guó)賓夕法尼亞州哈里斯堡,薩斯奎哈納河三里島核事故評(píng)級(jí)：第五級(jí)2.4.4.2核電站事故分析三里島事故時(shí)間：1979年3月28日凌晨地點(diǎn)：美國(guó)賓夕法尼亞州哈里斯堡,薩斯奎哈納河三里島核事故評(píng)級(jí)：五級(jí)事故原因：冷卻劑流入反應(yīng)堆時(shí)，經(jīng)過(guò)的過(guò)濾器出現(xiàn)周期性泄露，泄露的部分水進(jìn)入驅(qū)動(dòng)部分反應(yīng)堆檢測(cè)儀的氣動(dòng)系統(tǒng)，使水泵停止工作。而輸水管處于關(guān)閉狀態(tài)，反應(yīng)堆無(wú)法冷卻，同時(shí)安全閥出現(xiàn)故障，導(dǎo)致氫氣爆炸，堆芯熔化2.4.4.2核電站事故分析三里島事故時(shí)間：1979年3月28日凌晨地點(diǎn)：美國(guó)賓夕法尼亞州哈里斯堡,薩斯奎哈納河三里島核事故評(píng)級(jí)：五級(jí)存在問(wèn)題：維護(hù)其他反應(yīng)堆時(shí)關(guān)閉了輸水閥門，但事后并未打開(kāi)輕視周期性泄露問(wèn)題高壓注水降溫時(shí)過(guò)早停止注水主冷卻泵發(fā)生振動(dòng)時(shí)工作人員將其關(guān)閉，導(dǎo)致堆芯冷卻情況惡化2.4.4.2核電站事故分析日本福島事故時(shí)間：2011年3月11日地點(diǎn)：位于日本列島最大的島嶼本州東北地區(qū)的南部核事故評(píng)級(jí)：六級(jí)2.4.4.2核電站事故分析日本福島事故時(shí)間：2011年3月11日地點(diǎn)：位于日本列島最大的島嶼本州東北地區(qū)的南部核事故評(píng)級(jí)：第六級(jí)事故原因：日本遭受里氏9.0級(jí)強(qiáng)震，同時(shí)引發(fā)海嘯。強(qiáng)震使反應(yīng)堆停堆，外電供應(yīng)不足導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)作，海嘯使備用機(jī)房被淹。隨即在降溫過(guò)程中發(fā)生金屬鋯與水反應(yīng)，生成大量氫氣，引發(fā)電站發(fā)生爆炸2.4.4.2核電站事故分析日本福島事故時(shí)間：2011年3月11日地點(diǎn)：位于日本列島最大的島嶼本州東北地區(qū)的南部核事故評(píng)級(jí)：六級(jí)存在問(wèn)題：地震及其引發(fā)