先进反应堆技术总结

第四代核反应堆性能特性及优缺点评价发布时间：2021-06-01T05:22:16.828Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年28期作者：范黎钱怡洁李辉[导读] 第四代核反应堆系统（Gen-IV）指未来的核裂变反应堆系统，无论是从反应堆本身还是从燃料循环方面都将有重大革新和发展。

中国核电工程有限公司1 第四代核反应堆概念与提出背景第四代核反应堆系统（Gen-IV）指未来的核裂变反应堆系统，无论是从反应堆本身还是从燃料循环方面都将有重大革新和发展。

当前多国都在对第四代核能系统进行研发，预计这一代技术将在2030年前后投入实际应用，第四代核反应堆目标是更好地解决安全和废料问题，尤其是核不扩散的问题等。

1999年6月，美国能源部提出第四代核能系统（Gen IV）的概念。

2001年1月，美国、加拿大、法国、英国、阿根廷、巴西、日本、韩国和南非等9个国家联合成立“第四代国际核能论坛”（GIF），同时签署了GIF《宪章》，从而使成员国保持适当的水平积极参与GIF项目的合作。

目前签署GIF《宪章》的国家已达到13位成员。

同时，国际原子能机构（IAEA）、国际经济合作组织核能署（OECD/NEA）是GIF的观察员。

2 第四代核反应堆主流堆型与共性目标在经过对近100种第四代核能系统概念进行筛选后，2002年GIF和美国能源部联合发布了《第四代核能系统技术路线》，选出6种最有前景的堆型作为第四代核能系统技术，分别是：气冷快堆（GFR）；铅冷快堆（LFR）；熔盐堆（MSR）；钠冷快堆（SFR）；超临界水冷堆（SCWR）；超高温气冷堆（VHTR）。

GIF《宪章》定义了Gen IV的4个目标：1) 持续性：持续性产生能源，保障核燃料的长期供应；废物最小化，减少废物长期管理的负担。

2) 安全性和可靠性：卓越的安全性和可靠性；堆芯损坏的概率极小；不需要场外应急。

3) 经济性：相比其他能源，良好的全寿期经济优势；相比其他能源，有更低的经济风险。

篇一：核反应堆热工分析课程设计报告书详细过程版本课程设计报告( 20 13 -- 2014 年度第二学期)名称：核反应堆热工分析课程设计题院系：核科学与工程学院班级：实践核1101班学号：指导教师：王胜飞设计周数：1周成绩：日期：2014 年 6 月 19日一、课程设计的目的与要求反应堆热工设计的任务就是要设计一个既安全可靠又经济的堆芯输热系统。

对于反应堆热工设计，尤其是对动力堆，最基本的要求是安全。

要求在整个寿期内能够长期稳定运行，并能适应启动、功率调节和停堆等功率变化，要保证在一般事故工况下堆芯不会遭到破坏，甚至在最严重的工况下，也要保证堆芯的放射性物质不扩散到周围环境中去。

在进行反应堆热工设计之前，首先要了解并确定的前提为：（1）根据所设计堆的用途和特殊要求（如尺寸、重量等的限制）选定堆型，确定所用的核燃料、冷却剂、慢化剂和结构材料等的种类；（2）反应堆的热功率、堆芯功率分布不均匀系数和水铀比允许的变化范围；（3）燃料元件的形状、它在堆芯内的分布方式以及栅距允许变化的范围；（4）二回路对一回路冷却剂热工参数的要求；（5）冷却剂流过堆芯的流程以及堆芯进口处冷却剂流量的分配情况。

在设计反应堆冷却系统时，为了保证反应堆运行安全可靠，针对不同的堆型，预先规定了热工设计必须遵守的要求，这些要求通常就称为堆的热工设计准则。

目前压水动力堆设计中所规定的稳态热工设计准则，一般有以下几点：（1）燃料元件芯块内最高应低于其他相应燃耗下的熔化温度；（2）燃料元件外表面不允许发生沸腾临界；（3）必须保证正常运行工况下燃料元件和堆内构件得到充分冷却；在事故工况下能提供足够的冷却剂以排除堆芯余热；（4）在稳态额定工况和可预计的瞬态运行工况中，不发生流动不稳定性。

在热工设计中，通常是通过平均通道（平均管）可以估算堆芯的总功率，而热通道（热管）则是堆芯中轴向功率最高的通道，通过它确定堆芯功率的上限，热点是堆芯中温度最高的点，代表堆芯热量密度最大的点，通过这个点来确定dnbr。

核电个人技术总结
核电是一种利用核能产生电能的技术，个人在核电工作中总结了以下技术要点：
1. 核反应堆运行与控制：核反应堆的运行与控制是核电站操作的关键。

个人掌握了核
反应堆的启动、停止、调整功率等操作技术，并理解了核反应堆的动力学特性和稳定性。

2. 辐射安全与防护：核电站中存在辐射源，个人熟悉辐射安全的原理，掌握了辐射剂
量测量、材料防护等技术。

同时，个人学习了应急情况下的辐射监测与处置。

3. 燃料管理与改装：个人了解了核电站燃料管理的流程和方法，包括燃料装载、卸载、调整等操作。

同时，对于燃料元件的检修、更换具备一定的技术知识。

4. 事故分析与故障排除：个人积累了一定的事故分析与故障排除经验，能够通过分析
和判断故障现象，找出问题根源并提出解决方案。

5. 安全控制与监测：个人了解核电站安全控制与监测系统的原理和工作流程，包括安
全参数显示、传感器的使用与校准等。

6. 辅助系统运行与维护：核电站拥有众多的辅助系统，个人掌握了部分系统的运行和
维护技术，如冷却水系统、蒸汽发生器等。

7. 核电站运维管理：个人参与了核电站的运维管理工作，包括维修计划的制定、设备
台帐的管理、事故记录与分析等。

个人在核电技术方面的总结仅作为参考，实际工作中还需要不断学习和提升自己的技
术水平。

同时，核电领域需要严格遵守安全规定，保障核电站安全运行。

核反应堆设计与优化技术研究对于核反应堆而言，设计与优化技术的研究是十分重要的，它将直接影响反应堆的维护、使用、安全性以及能源输出的效率等因素。

本文将从反应堆设计的特点、反应堆的现有设计及其优化技术、应用程序和未来发展前景等方面进行阐述。

一、反应堆设计的特点反应堆设计的重点在于核材料的选择，核材料是核反应堆的核心。

在设计反应堆时必须考虑核材料的选择，不同核材料的特性不一样，能够影响反应堆的维护、使用、安全性以及能源输出的效率等多个因素。

因此，选材的过程是反应堆设计的核心。

同时，在反应堆设计中，还需要考虑到燃料的选择、反应堆的物理性质、反应堆的热力学性质等多个因素，这些因素都将直接影响反应堆的安全性、使用效率以及其它多个方面。

二、反应堆的现有设计及其优化技术1.反应堆的现有设计反应堆的现有设计主要有三种类型：（1）热中子反应堆：利用中速中子引发核裂变，大多采用铀235作为燃料。

（2）快中子反应堆：利用高速中子引发核反应，采用钚等放射性物质做燃料。

（3）混合反应堆：同时采用热中子和快中子两种方式，既采用铀又采用钚等放射性物质做燃料。

2.反应堆的优化技术反应堆设计的优化技术主要有以下几个方面：（1）反应堆物理设计的优化，包括反应堆的结构布局、燃料棒排列等。

（2）燃料设计的优化，包括燃料的体积、比表面积、燃料的反应截面等。

（3）控制棒的设计，作为反应堆的关键部分，控制棒的性能将直接影响到反应堆的安全性等多个方面。

（4）反应堆基础物理性质的研究，这将直接影响反应堆的维护、使用以及其它多个方面。

（5）核燃料的后处理，包括核废料的处理、核燃料的循环利用和加速器驱动系统等。

三、应用程序和未来发展前景1.应用程序核反应堆设计及其优化技术的研究将直接影响到相关的应用程序。

反应堆应用在国家能源领域、军事领域、航空航天领域、环保领域等多个领域。

2.未来发展前景反应堆设计及其优化技术研究是一个永远具备发展的领域，未来反应堆的研究将随着科技的发展和技术手段的变革而愈发完善。

全球现有的核反应堆技术概述：轻水堆，压水堆，重水堆，熔盐堆等核反应堆，是一种可以控制和维持自我连锁反应的装置。

核反应堆主要用途是发电（核电厂）和作为船舶的动力装置。

位于瑞士的一座小型研究反应堆其中，一些反应堆还被用来生产医疗和工业用的同位素或者生产武器级钚。

截止2019年初，全球共有680座核反应堆在运行，其中包括226座研究堆。

现有的核反应堆主要包括轻水堆，沸水堆，重水堆，高温气冷堆和熔盐堆。

下面将逐一介绍：1.轻水堆轻水堆中，冷却剂起着减速剂的作用这种反应堆使用压力容器来容纳核燃料、控制棒、慢化剂和冷却剂。

离开压力容器的热放射性水通过蒸汽发生器循环，蒸汽发生器又将次级(非放射性)水环加热成蒸汽，使涡轮机运转。

它们占据了当前反应堆的大多数(约80%)。

VVER1000反应堆结构华龙一号示范工程航拍美军核动力航母编队轻水堆最新的典型代表有俄罗斯的VVER-1000，美国的AP1000，中国的华龙一号和欧洲的EPR。

美国海军军舰上的反应堆也都属于这种类型。

2.沸水堆福岛核事故的反应堆类型就是沸水堆沸水堆就像没有蒸汽发生器的压水堆。

冷却水的较低压力使其在压力容器内沸腾，产生运行涡轮机的蒸汽。

与压水堆不同，没有主回路和副回路。

这些反应堆的热效率更高，结构也更简单，发生两次严重核事故（切尔诺贝利和福岛核事故）的堆型都属于沸水堆。

3.重水堆（CANDU）秦山核电站的两座重水堆（CANDU堆）重水堆非常类似于压水堆，但使用重水。

虽然重水比普通水贵得多，但它具有更大的中子经济性(产生更多的热中子)，允许反应堆在没有燃料浓缩设施的情况下运行。

燃料不是像压水堆那样使用一个大型压力容器，而是包含在数百个压力管中。

这些反应堆以天然铀为燃料，重水反应堆可以在满功率时加燃料，这使得它们在铀的使用方面非常高效(这使得堆芯中的流量控制更加精确)。

加拿大、阿根廷、中国、印度、巴基斯坦、罗马尼亚和韩国都建造了重水堆。

4.高能通道反应堆(RBMK)切尔诺贝利核电站（RBMK，沸水堆）RBMKs是一种苏联设计，在某些方面与CANDU相似，因为它们在动力运行期间可以重新加料，并采用压力管设计。

核反应堆物理分析各章节重要知识点整理汇总资料第一章1、在反应堆内中子与原子的相互作用方式主要有：势散射、直接相互作用和复合核的形成。

其中复合核的形成是中子和原子相互作用的最重要方式。

2、复合核的衰变分解的方式有：共振弹性散射、共振非弹性散射、辐射俘获和核裂变，可以概括为散射和吸收。

3、共振现象：但入射中子的能量具有某些特定值，恰好使形成的复合核激发态接近于某个量子能级时，中子被靶核吸收而形成复合核的概率就显著增加，这种现象就叫作共振现象。

4、非弹性散射特点：只有当入射中子的动能高于靶核的第一激发态的能量时才能使靶核激发，也就是说，只有入射中子的能量高于某一数值时才能发生非弹性散射，由此可知，非弹性散射具有阈能的特点。

5、弹性散射特点：它可以分为共振弹性散射和势散射两种，区别在于前者经过复合核的形成过程，后者则没有。

在热中子反应堆内，对中子从高能慢化到低能的过程起主要作用的是弹性散射。

6、易裂变同位素：一些核素，如233U 、235U 、239Pu 和241Pu 等核素在各种能量的中子作用下均能发生裂变，并且在低能中子作用下发生裂变的可能性较大，通常把它们称为易裂变同位素。

7、可裂变同位素：同位素232Th 、238U 和240Pu 等只有在能量高于某一阈值的中子作用下才发生裂变，通常把它们称为可裂变同位素。

8、中子束强度I ：在单位时间内，通过垂直于中子飞行方向的单位面积的中子数量，记为I 。

9、单位体积中的原子核数N ：计算公式为AN N ρ0=0N ：阿伏加德罗常数，取值为6.0221367*1023/molρ：材料密度A ：该元素的原子量10、微观截面σ：微观截面是表示平均一个给定能量的入射中子与一个靶核发生作用的概率大小的一种度量，通常用“巴恩”（b ）作为单位，1b=10-28m 2。

11、核反应下标：s--散射；a--吸收；γ--辐射俘获；f--裂变；t--总核反应 12、靶内平行中子束强度：Nx e I x I σ-=0)(13、宏观截面∑：宏观截面是一个中子与单位体积内所有原子核发生核反应的平均概率大小的一种度量，单位为m -1,公式为：σN =∑由几种元素组成的均匀混合物质的宏观截面x ∑：∑=∑ixi i x N σ14、富集度：某种元素在其同位素中的（原子）重量百分比。

复习总结(2)主讲教师：李伟燃耗深度()0Tu P t dt BU W =ò()MW d t ×反应性的控制n 反应性变化的原因q反应堆从冷态过渡到热态、再提升功率过程中的温度变化带来的反应性反馈q135Xe 和149Sm 中毒q 核燃料的消耗与重核素成分的变化q 功率变化带来的反应性变化n 反应性控制的任务q 反应性补偿q 功率调节q 紧急控制常用的控制方式p 控制棒控制p 化学补偿控制p 可燃毒物控制反应性的控制n控制棒控制方式q控制棒控制方式的任务n与功率变化过程有关的Doppler效应n慢化剂温度效应n空泡效应n安全停堆q控制棒的价值n微分价值n积分价值反应性的控制n控制棒控制方式q控制棒对功率分布的影响n造成中子通量分布和功率分布的畸变。

n控制棒间的干涉效应q一根控制棒插入堆芯后引起堆芯中子通量分布的畸变，影响到其它控制棒的价值。

反应性的控制n化学补偿控制q任务n燃耗、裂变产物的反应性效应。

n从冷态到热态零功率过程中的慢化剂温度效应。

135Xe及149Sm的中毒效应。

nq慢化剂中硼酸含量过高会导致正的慢化剂温度系数。

反应性的控制n可燃毒物控制q要求n可燃毒物消耗释放的反应性与燃料燃耗减少的反应性相匹配。

q布置方式n非均匀布置n空间自屏蔽效应q在低泄漏换料方案中，每个堆芯寿期都需要采用一定数量的可燃毒物来抑制功率峰。

稳定周期（渐近周期）中子输运理论简介n 方向变量的处理qP n 方法n采用球谐函数展开含有角度变量的项n 能量相关扩散方程的推导q P 1近似q 源各向同性q 输运近似()()()()()()(),,,,,;,t s D Q r E r E r E r E r E dE r E E r E -Ñ×ÑF +S F =¢¢¢+S F ®òv v v v vv v中子输运理论简介n 方向变量的处理qS n 方法n 对空间变量离散化，得到离散点。