高温气冷堆实习报告[一].docVIP

高温堆相关技术及安全性 摘要：以清华大学核研院10MW高温气冷堆为基础，简要地介绍高温堆的应用及其安全性，高温堆的使用现状及其应用前景等。经过科学的分析和大量的实验经验验证了：高温气冷堆较其他堆型是具有较强竞争力的。 关键词：高温堆 安全性 高温堆的的简介 高温气冷堆是采用耐高温的陶瓷型涂敷颗粒燃料、用化学惰性和热工性能良好的氦作冷却剂、用耐高温的石墨作慢化剂和结构材料、冷却剂出口温度可达750~950 ℃的核反应堆，甚至更高。高温气冷堆具有热效率高（40%~41%），燃耗深（最大高达20MWd/t铀），转换比高（0.7~0.8）等优点。由于氦气化学稳定性好，传热性能好，而且诱生放射性小，停堆后能将余热安全带出，安全性能好。其核燃料一般采用高浓二氧化铀，亦有采用低浓二氧化铀的。根据堆芯形状，高温气冷堆分球床高温气冷堆和棱柱状高温气冷堆。 人们通常把五、六十年代建造的验证性核电站称为第一代；70、80年代标准化、系列化、批量建设的核电站称为第二代；第三代是指90年代开发研究成熟的先进轻水堆；第四代核电技术是指待开发的核电技术，其主要特征是防止核扩散，具有更好的经济性，安全性高和废物产生量少。 第四代核反应堆的六个构型中，就有高温气冷堆，这是一个很有前途的方案，现行的高温气冷堆有两个流派：石墨球床和柱状燃料的，前者的使用者是中国和南非，后者是美、俄和日本喜欢的，这里着重说一下我国的石墨球床堆电厂的技术特点。 石墨球床堆也叫卵石堆，最早是德国在本世纪60年代建成了原理堆，由于技术和需求的限制，30年没有大的发展，直到上个世纪90年代，国际能源危机的压力日趋严重，南非和中国先后开始了对这一技术的现代化研究和实用化探索，分别是南非国营电力设计的PBMR(400MW热功率)和中国原子能技术研究院设计的HTR-PM(460MW)。两者的设计都已经基本完成，其间中国完成了清华大学10Mw原理堆(HTR-10)的建造和运行工作，HTR-10已经并网多时了。 HTR-10结构及主要部件 我们知道，所有的核电站都由几个部分组成：1：堆芯，核燃料在此低速燃烧，产生热量。2：冷却回路，堆芯产生的热量通过回路里的介质传导出去，使得堆芯保持一个稳定的反应温度，持续工作。3：发电机组，把冷却回路中的热量通过汽轮机的方式转换成电能。 先说说燃料组件，石墨球床气冷堆的燃料组件大大不同于传统的核燃料组件，你可以把它看成一个西瓜，外壳是硬化的石墨材料，相当于西瓜皮，里面是稍微松散的石墨填料，相当于西瓜瓤，在西瓜瓤里均匀分布着一些以UO2为主要成分的西瓜子，这就是真正的核燃料颗粒，顺便说一下，这个瓜子有个用陶瓷做的瓜子壳，而UO2则相当于瓜子仁。这个西瓜结构的燃料组件直径是6厘米——无论颜色还是尺寸都很像我国北方常见的煤球。我们就暂时把它称作“煤球”好了。 在反应堆的堆芯里面（多是一个环形的圆柱体），这些煤球就真的和煤球炉子里一样，直接填充进去就好了，在一定的温度下，瓜子仁里面的核燃料开始裂变反应，产生热量，煤球里面的石墨起到慢化作用，保持链式反应的稳定运行，正常情况下，这些煤球的温度是900摄氏度左右。 几何知识告诉我们，一堆球球堆在一起，他们的周围就自然而然的形成了均匀的空隙，这些空隙就是堆芯内部的冷却空间，我们在堆芯的一端注入高压氦气，另一端让高压氦气流出，快速流过煤球空隙的氦气带走了多余的热量，就构成了堆芯冷却的第一回路。900摄氏度的高压氦气从反应堆中出来之后，有两个途径，一是继续经过一个水冷回路，把水加热成蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电，更先进一些的就是直接用氦气透平机组把热能转换成机械能，带动发电机。冷却后的氦气继续打回堆芯，就构成了完整的换能循环过程。 HTR-10全陶瓷型包覆颗粒球形燃料元件示意图 反应堆堆芯区是一个由石墨反射层围成, 直径为180cm、高度约为240cm的具有锥形底部的圆柱形腔室, 内装燃料元件约27000个, 其活性区体积约5m3，活性区等效高度为197cm，上部约有40cm高的空腔，形成活性区上表面燃料元件的自由堆积面。堆芯上部设有燃料元件装入管, 在堆芯底部有一个直径为500mm的燃料元件卸料管, 用于连接装入和卸出燃料元件。 并且堆内具有石墨块和碳砖结构，石墨反射层结构分为顶部反射层、侧反射层和底部反射层3部分；由内向外又分为内层石墨反射层和外层含硼碳砖结构, 内层石墨结构主要作为活性区的中子反射层, 外层碳砖因其导热系数小, 且含有热中子吸收材料硼, 因此碳砖层具有隔热和吸收热中子的作用。整个反射层结构在高度方向由15层石墨块与碳砖组成, 每层石墨块和碳砖在圆周方向又分成20块, 各石墨块之间由石墨键销联接, 起到定位和减少氦气漏流的