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第2章压水堆核电厂
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基本知识
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核电站
核电站是利用核分裂(NuclearFission)或核交融(NuclearFusion)反响所释放的的能量产生电能的发电厂。
目前商业运转中的核能发电厂都是利用核分裂反响而发电。
核电站主要分为两部分:
核岛:利用原子核裂变生产蒸汽的部分(包括反响堆装置和一回路系统)
老例岛:利用蒸汽发电的部分(包括汽轮发电机系统)。
燃料
核电站使用的燃料一般是放射性重金属:铀、钚。
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现在使用最普遍的民用核电站多半是压水反响堆核电站。
工作原理是:用铀制成的核燃料在反响堆内进行裂变并释放出大量热能;高压下的循环冷却水把热能带出,在蒸汽发生器内生成蒸汽,推动发电机旋转。
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1、核燃料:在反响堆中使用的裂变物质及可变换物质称为核燃料。
核燃料中必须是:
①含有铀-235、铀-233、钚-239三种易裂变核素中的一种或二种;
②能够产生裂变并释放裂变能。
2、易裂变核素:任何能量的中子都能惹起核裂变的核素称为易裂变核素,如铀-235、铀-233,钚-239三种核素。
一些核燃料的基本定义
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3、可变换核素:由于能量大于1MeV以上的中子能够惹起铀-238,钍-232转变,所以称这两种核素为可裂变核素。铀-238,钍-232可分别转变为钚-239及铀-233所以又将它们称为可转变核素。
4、一次核燃料和二次重生核燃料:在三种易裂变核素中,由于铀-235是存在于天然矿物中的,所以叫一次核燃料。而铀-233和钚-239是用人工方法制造获得的,所以又称为二次重生核燃料。
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链式裂变反响
中间子与裂变物质作用而发生核裂变反响时,裂变物质的原子核平时分裂为两其中等质量数的核(称为裂变碎片)。与此同时,还将平均地产生两个以上的新的裂变中子,并释放出蕴藏在原子核内部的核能。在适合的条件下,这些裂变中子又会惹起周围其他裂变同位素的裂变,如此不断持续下去,这种反响过程称为链式裂变反响。
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慢化剂
慢化剂,又称中子减速剂。在一般情况下,可裂变核发射出的中子的飞翔速度比被其余可裂变核的捕获的中子速度要快,因此为了产生链式反响,就必须要将中子的飞翔速度降下来,这时就会使用中子减速剂
对慢化剂的要求是对中子有较高的散射截面和低的吸收截面。
石墨中的碳元素,以及水中的氢元素都能起到慢化作用。
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平时用于热中子反响堆慢化剂的有三种材料
轻水(H2O)
轻水是含氢物质,慢化能力大,价钱低廉,但吸收截面较大,对金属有腐化作用,易发生辐照分解。
重水(氘,D2O)
重水的吸收截面小,并可发生(γ,n)反响而为链式反响提供中子;缺点是价钱昂贵,还要认真防备泄露损失、污染和与氢化物发生同位素交换。
石墨
石墨吸收截面稍大于重水,但价钱便宜,又是耐高温材料,可用于非氧化氛围的高温堆中。
铍、碳氢化合物等。
铍的慢化能力比石墨好,用它作慢化剂可缩小堆芯尺寸,但铍有剧毒、价钱昂贵、易产生辐照肿胀,故使用受到限制。
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开水堆(BoilingWaterReactor,缩写为BWR)
以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反响堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。
压水堆(PressurizedWaterReactor,缩写为PWR)
压水反响堆利用轻水(普通水H2O)作为冷却剂和中子慢化剂。
开水堆与压水堆同属轻水堆,都拥有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟从能力强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料。
反响堆
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重水堆(HeavyWaterReactor,缩写为HWR)
以重水作慢化剂的反响堆。重水的中子吸收截面小,慢化性能好,中子利用率高,故能够直接利用天然铀作为核燃料。
快堆(FastReactor,缩写为FR)
由快中子惹起裂变的反响堆。即惹起裂变的初级中子的平均能量100Kev。就用途而言,一般情况下快堆不单用于动力发电,也用于增殖,将可裂变核素转变成易裂变核素,如铀-238转变为钚-239,故又称快增殖堆(fastbreederreactor)。快堆一般采用液态金属钠作载热剂,故又称钠冷快堆(sodium-cooledfastreactor)。
反响堆
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目前,世界上已商业运行的核电站堆型,如压水堆、开水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型,主要利用核裂变燃料,即便再利用变换出来的钚-239等易裂变材料,它对铀资源的利用率也只有1~2%,但在快堆中,铀-238原则上都能变换成钚-239而得以使用,但考虑到各种损耗,快堆可将铀资源的利用率提高到60~70%。
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反响堆的分类
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