1、核反應堆及其組成1. 核反應堆及其組成    核反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現核能熱能轉換的裝置。核反應堆是核電廠的心臟，核裂變鏈式反應在其中進行。    1942年美國芝加哥大學建成了世界上第一座自持的鏈式反應裝置，從此開辟了核能利用的新紀元。    反應堆由堆芯、冷卻系統、慢化系統、反射層、控制與保護系統、屏蔽系統、輻射監測系統等組成。    堆芯中的燃料：反應堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂變材料。自然界天然存在

2、的易于裂變的材料只有-235，它在天然鈾中的含量僅有0.711，另外兩種同位素-238和-234各占99.238和0.0058，后兩種均不易裂變。    另外，還有兩種利用反應堆或加速器生產出來的裂變材料-233和Pu-239。    用這些裂變材料制成金屬、金屬合金、氧化物、碳化物等形式作為反應堆的燃料。    燃料包殼：為了防止裂變產物逸出，一般燃料都需用包殼包起來，包殼材料有鋁、鋯合金和不銹鋼等。    控制與保護系統中的控制棒和

3、安全棒：為了控制鏈式反應的速率在一個預定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，稱之為控制棒和安全棒。控制棒用來補償燃料消耗和調節反應速率；安全棒用來快速停止鏈式反應。吸收體材料一般是硼、碳化硼、鎘、銀銦鎘等。 冷卻系統中的冷卻劑：為了將裂變的熱導出來，反應堆必須有冷卻劑，常用的冷卻劑有輕水、重水、氦和液態金屬鈉等。    慢化系統中的慢化劑：由于慢速中子更易引起鈾-235裂變，而中子裂變出來則是快速中子，所以有些反應堆中要放入能使中子速度減慢的材料，就叫慢化劑，一般慢化劑有水、重水、石墨等。    反射層：反射層

4、設在活性區四周，它可以是重水、輕水、鈹、石墨或其它材料。它能把活性區內逃出的中子反射回去，減少中子的泄漏量。    屏蔽系統：反應堆周圍設屏蔽層，減弱中子及劑量。    輻射監測系統：該系統能監測并及早發現放射性泄漏情況。2. 反應堆的結構形式和分類     反應堆的結構形式是千姿百態的，它根據燃料形式、冷卻劑種類、中子能量分布形式、特殊的設計需要等因素可建造成各類型結構形式的反應堆。 目前世界上有大小反應堆上千座，其分類也是多種多樣。按能普分有由熱能中子和快速中子引起裂變的

5、熱堆和快堆；按冷卻劑分有輕水堆，即普通水堆（又分為壓水堆和沸水堆）、重水堆、氣冷堆和鈉冷堆。按用途分有：（1）研究試驗堆：是用來研究中子特性，利用中子對物理學、生物學、輻照防護學以及材料學等方面進行研究；（2）生產堆，主要是生產新的易裂變的材料鈾-233、钚-239；（3）動力堆，利用核裂變所產生的熱能廣泛用于艦船的推進動力和核能發電。反應堆分類情況見下表。3. 研究實驗反應堆    是指用作實驗研究工具的反應堆，它不包括為研究發展特定堆型而建造的、本身就是研究對象的反應堆，如原型堆，零功率堆，各種模式堆等。研究實驗堆的實驗研究領域很廣泛，包括堆物理，堆

6、工程、生物、化學、物理、醫學等，同時，還可生產各種放射性同位素和培訓反應堆科學技術人員。研究實驗堆種類很多，例如：游泳池式研究實驗堆：在這種堆中水既作為慢化劑、反射層和冷卻劑，又起主要屏蔽作用。因水池常做成游泳池狀的長圓形而得其名。    罐式研究實驗堆：由于較高的工作溫度和較大的冷卻劑流量只有在加壓系統中才能實現，因此，必須采取加壓罐式結構。    重水研究實驗堆：重水的中子吸收截面小，允許采用天然鈾燃料，它的特點是臨界質量較大，中子通量密度較低。如果要減小臨界質量和獲得高中子通量密度，就用濃縮鈾來代替天然鈾。&

7、#160;   此外，還有固體慢化劑研究實驗堆、均勻型研究實驗堆、快中子實驗堆等。4. 生產堆    主要用于生產易裂變材料或其他材料，或用來進行工業規模輻照。生產堆包括產钚堆，產氚堆和產钚產氚兩用堆、同位素生產堆及大規模輻照堆，如果不是特別指明，通常所說的生產堆是指產钚堆。 該堆結構簡單，生產堆中的燃料元件既是燃料又是生產钚-239的原料。中子來源于用天然鈾制作的元件中的-235。-235裂變中子產額為23個。除維持裂變反應所需的中子外，余下的中子被-238吸收，即可轉換成Pu-239，平均燒掉一個-235原子可獲得0.8

8、個钚原子。也可以用生產堆生產熱核燃料氚。用重水型生產堆生產氚要比用石墨生產堆產氚高7倍。5. 動力反應堆    世界上動力反應堆可分為潛艇動力堆和商用發電反應堆。核潛艇通常用壓水堆做為其動力裝置。商用規模的核電站用的反應堆主要有壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆和快堆等。 壓水堆：采用低濃（鈾-235濃度約為3）的二氧化鈾作燃料，高壓水作慢化劑和冷卻劑。是目前世界上最為成熟的堆型。沸水堆：采用低濃（鈾-235濃度約為3）的二氧化鈾作燃料，沸騰水作慢化劑和冷卻劑。重水堆：重水作慢化劑，重水（或沸騰輕水）作冷卻劑，可用天然鈾作燃料，目前達到商用水平的只有加拿

9、大開發的坎杜堆，我國正建一座重水堆核電站。石墨氣冷堆：以石墨作慢化劑，二氧化碳作冷卻劑，用天然鈾燃料，最高運行溫度為360，這種堆已有豐富的運行經驗，到90年代初期已運行了650個堆年。快中子堆：采用钚或高濃鈾作燃料，一般用液態金屬鈉作冷卻劑。不用慢化劑。根據冷卻劑的不同分為鈉冷快堆和氣冷快堆。什么是核電站1. 什么是核電站    核電站就是利用一座或若干座動力反應堆所產生的熱能來發電或發電兼供熱的動力設施。反應堆是核電站的關鍵設備，鏈式裂變反應就在其中進行。目前世界上核電站常用的反應堆有壓水堆、沸水堆、重水堆和改進型氣冷堆以及快堆等。但用的最廣泛的是壓

10、水反應堆。壓水反應堆是以普通水作冷卻劑和慢化劑，它是從軍用堆基礎上發展起來的最成熟、最成功的動力堆堆型。2. 核電站工作原理    核電廠用的燃料是鈾。用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發生器內產生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發電機一起旋轉，電就源源不斷地產生出來，并通過電網送到四面八方。3. 壓水堆核電站    以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規島組成。壓水堆核電站核島中的四大部件是蒸汽發生器、穩壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統設備主要有壓水堆本

11、體，一回路系統，以及為支持一回路系統正常運行和保證反應堆安全而設置的輔助系統。常規島主要包括汽輪機組及二回等系統，其形式與常規火電廠類似。4. 沸水堆核電站    以沸水堆為熱源的核電站。沸水堆是以沸騰輕水為慢化劑和冷卻劑并在反應堆壓力容器內直接產生飽和蒸汽的動力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結構緊湊、安全可靠、建造費用低和負荷跟隨能力強等優點。它們都需使用低富集鈾作燃料。沸水堆核電站系統有：主系統（包括反應堆）；蒸汽-給水系統；反應堆輔助系統等。5. 重水堆核電站    以重水堆為熱源的核電站。重水堆是以重

12、水作慢化劑的反應堆，可以直接利用天然鈾作為核燃料。重水堆可用輕水或重水作冷卻劑，重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。    重水堆核電站是發展較早的核電站，有各種類別，但已實現工業規模推廣的只有加拿大發展起來的坎杜型壓力管式重水堆核電站。6. 快堆核電站    由快中子引起鏈式裂變反應所釋放出來的熱能轉換為電能的核電站。快堆在運行中既消耗裂變材料，又生產新裂變材料，而且所產可多于所耗，能實現核裂變材料的增殖。    目前，世界上已商業運行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、

13、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂變燃料，即使再利用轉換出來的钚-239等易裂變材料，它對鈾資源的利用率也只有12，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉換成钚-239而得以使用，但考慮到各種損耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到6070。7. 世界上目前建造核電站情況    核電自50年代中期問世以來，目前已取得長足的發展。到1999年中期，世界上共有436座發電用核反應堆在運行，總裝機容量為350676兆瓦。正在建造的發電反應堆有30座，總裝機容量為21642兆瓦。    目前世界上有33個國家和地區有核電廠發電

14、，核發電量占世界總發電量的17，其中有十幾個國國家和地區核電發電量超過各種的總發電量的四分之一，有的國家超過70。據資料估計，到2005年核電廠裝機容量將達到388567兆瓦。8. 核電站在設計上所采取的安全措施    為了確保壓水反應堆核電廠的安全，從設計上采取了所能想到的最嚴密的縱深防御措施。    四重屏障：為防止放射性物質外逸設置了四道屏障：1.裂變產生的放射性物質90滯留于燃料芯塊中；2.密封的燃料包殼；3.堅固的壓力容器和密閉的回路系統；4.能承受內壓的安全殼。   

15、60;多重保護：在出現可能危及設備和人身的情況時，1.進行正常停堆； 2.因任何原因未能正常停堆時，控制棒自動落入堆內，實行自動緊急停堆；3.如任何原因 控制棒未能插入，高濃度硼酸水自動噴入堆內，實現自動緊急停堆。9. 核電廠在管理方面采取的安全措施    核電廠有著嚴密的質量保證體系，對選址、設計、建造、調試和運行等各個階段的每一項具體活動都有單項的質量保證大綱。    另外，還實行內部和外部監查制度，監督檢查質量保證大綱的實施情況和是否起到應有的作用。另外對參加核電廠工作的人員的選擇、培訓、考核和任命有著嚴格的

16、規定。領取操縱員執照，然后才能上崗，還要進行定期考核，不合格者將被取消上崗資格。10. 核電廠發生自然災害時，它能安全停閉    在核電廠設計中，始終把安全放在第一位，在設計上考慮了當地可能出現的最嚴重的地震、海嘯、熱帶風暴、洪水等自然災害,即使發生了最嚴重的自然災害,反應堆也能安全停閉，不會對當地居民和自然環境造成危害。    在核電廠設計中甚至還考慮了廠區附近的堤壩坍塌、飛機附毀、交通事故和化工廠事故之類的事件，例如一架噴氣式飛機在廠區上空墜 毀，而且碰巧落到反應堆建筑物上，設計要求這時反應堆還是安全的。11.

17、 核電站的縱深防御措施    核電站的設計、建造和運行，采用了縱深防御的原則，從設備上和措施上提供多層次的重疊保護，確保放射性物質能有效地包容起來不發生泄漏。縱深防御包括以下五道防線：第一道防線：精心設計，精心施工，確保核電站的設備精良。有嚴格的質量保證系統，建立周密的程序，嚴格的制度和必要的監督，加強對核電站工作人員的教育和培訓，使人人關心安全，人人注意安全，防止發生故障。 第二道防線：加強運行管理和監督，及時正確處理不正常情況，排除故障。 第三道防線：設計提供的多層次的安全系統和保護系統，防止設備故障和人為差錯釀成事故。 第四道防線：啟用核電站安全系

18、統，加強事故中的電站管理，防止事故擴大。 第五道防線：廠內外應急響應計劃，努力減輕事故對居民的影響。 有了以上互相依賴相互支持的各道防線，核電站是非常安全的。 12核電站廢物嚴格遵照國家標準，對人民生活不會產生有害影響    核電廠的三廢治理設施與主體工程同時設計，同時施工，同時投產，其原則是盡量回收，把排放量減至最小，核電廠的固體廢物完全不向環境排放，放射性液體廢物轉化為固體也不排放；像工作人員淋浴水、洗滌水之類的低放射性廢水經過處理、檢測合格后排放；氣體廢物經過滯留衰變和吸附，過濾后向高空排放。    核電廠廢

19、物排放嚴格遵照國家標準，而實際排放的放射性物質的量遠低于標準規定的允許值。所以，核電廠不會對給人生活和工農業生產帶來有害的影響。核能基本知識(一)壓水堆核電站 以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規島組成。壓水堆核電站核島中的四大部件是蒸汽發生器、穩壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統設備主要有壓水堆本體，一回路系統，以及為支持一回路系統正常運行和保證反應堆安全而設置的輔助系統。常規島主要包括汽輪機組及二回等系統，其形式與常規火電廠類似。 沸水堆核電站 以沸水堆為熱源的核電站。沸水堆是以沸騰輕水為慢化劑和冷卻劑并在反應堆壓力容器內直接產生飽和蒸汽的動力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結構緊

20、湊、安全可靠、建造費用低和負荷跟隨能力強等優點。它們都需使用低富集鈾作燃料。 沸水堆核電站系統有：主系統（包括反應堆）；蒸汽-給水系統；反應堆輔助系統等。 重水堆核電站 以重水堆為熱源的核電站。重水堆是以重水作慢化劑的反應堆，可以直接利用天然鈾作為核燃料。重水堆可用輕水或重水作冷卻劑，重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。 重水堆核電站是發展較早的核電站，有各種類別，但已實現工業規模推廣的只有加拿大發展起來的坎杜型壓力管式重水堆核電站。 快堆核電站 由快中子引起鏈式裂變反應所釋放出來的熱能轉換為電能的核電站。快堆在運行中既消耗裂變材料，又生產新裂變材料，而且所產可多于所耗，能實現核裂變材料的增殖。

21、 目前，世界上已商業運行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂變燃料，即使再利用轉換出來的钚-239等易裂變材料，它對鈾資源的利用率也只有12，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉換成钚-239而得以使用，但考慮到各種損耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到6070。        核電基本知識1.什么是核能世界上一切物質都是由原子構成的，原子又是由原子核和 它周圍的電子構成的。輕原子核的融合和重原子核的分裂 都能入出能量，分別稱為核聚變能和核裂變能，簡稱核能。 本書內提到的核能是指核裂變能

22、。 前面提到核電廠的燃料是鈾。鈾是一種重金屬元素，天然 鈾由三種同位素組成： 鈾235 含量0.71% 鈾238 含量99.28% 鈾234 含量0.0058% 鈾235是自然界存在的易于發生裂變的唯一核素。當一個中子轟擊鈾235原子核時，這個原子核能分裂成兩 個較輕的原子核，同時產生2到3個中了和射線，并放出能 量。如果新產生的中子又打中另一個鈾235原子核，硬引 起新的裂變。在鏈式反應中，能量會源源不斷地釋放出來。鈾235裂變放出多少能量呢？請記住一個數字，即 1千克鈾235全部裂變放出的能量相當于2700噸標準煤燃 燒放出的能量。2.核反應堆原理反應堆是核電站的關鍵設計，鏈式裂變反應就在

23、其中進行。 反應堆種類很多，核電站中使用最多的是壓水堆。 壓水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指頭大的燒結二 氧化鈾芯塊，裝到鋯合金管中，將三百多根裝有芯塊的鋯 合金管組裝在一起，成為燃料組件。大多數組件中都有一 束控制棒，控制著鏈式反應的強度和反應的開始與終止。 壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動下流過燃料組件，吸 收了核裂變產生的熱能以后流出反應堆，進入蒸汽發生器， 在那里把熱量傳給二次側的水，使它們變成蒸汽送去發電， 而主冷卻劑本身的溫度就降低了。從蒸汽發生器出來的主 冷卻劑再由主泵送回反應堆去加熱。冷卻劑的這一循環通 道稱為一回路，一回路高壓由穩壓器來維持和調節。 3.什么是核電站 火力

24、發電站利用煤和石油發電，水力發電站利用水力發電， 而核電站是利用原子核內部蘊藏的能量產生電能的新型發 電站核電站大體可分為兩部分：一部分是利用核能生產蒸 汽的核島、包括反應堆裝置和一回路系統；另一部分是利 用蒸汽發電的常規島，包括汽輪發電機系統。 核電站用的燃料是鈾。鈾是一種很重的金屬。用鈾制成的 核燃料在一種叫“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量 熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發生器 內產生蒸汽，蒸汽推動氣輪機帶著發電機一起旋轉，電就 源源不斷地產生出來，并通過電網送到四面八方。這就是 最普通的壓水反應堆核電站的工作原理。 在發達國家，核電已有幾十年的發展歷史，核電已成為一 種

25、成熟的能源。我國的核工業已也已有40多年發展歷史， 建立了從地質勘察、采礦到元件加工、后處理等相當完整 的核燃料循環體系，已建成多種類型的核反應堆并有多年 的安全管理和運行經驗，擁有一支專業齊全、技術過硬的 隊伍。核電站的建設和運行是一項復雜的技術。我國目前 已經能夠設計、建造和運行自己的核電站。秦山核電站就 是由我國自己研究設計建造的。4.什么是核電廠電是電廠生產出來的。我們知道有燒煤或石油的火力發電 廠，有靠水力發電的水電站，還有一些靠風力、太陽能、 地熱、潮汐能、波浪能、沼氣生產電力的小型或實驗性發 電裝置。核電廠就是一種靠原子核內蘊藏的能量，大規模 生產電力的新型發電廠。 核電廠用的燃料是鈾。鈾是一種很重的金屬。用鈾制成的 核燃料在一種叫做“反應堆”的設備內發生裂變而產生大 量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發生 器內產生出來，并通過電網送到四面八方。這就是最普通 的壓水反應堆核電廠的工作原理。5.什么是放射性 約在100年前，科學家發現某些物質能