关注核、关注机器人——核电站反应堆的主要堆型简介
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各种核反应堆各种核反应堆热堆的概念中⼦打⼊铀-235的原于核以后,原⼦核就变得不稳定,会分裂成两个较⼩质量的新原⼦核,这是核的裂变反应,放出的能量叫裂变能;产⽣巨⼤能量的同时,还会放出2~3个中⼦和其它射线。
这些中⼦再打⼊别的铀-235核,引起新的核裂变,新的裂变⼜产⽣新的中⼦和裂变能,如此不断持续下去,就形成了链式反应利⽤原⼦核反应原理建造的反应堆需将裂变时释放出的中⼦减速后,再引起新的核裂变,由于中⼦的运动速度与分⼦的热运动达到平衡状态,这种中⼦被称为热中⼦。
堆内主要由热中⼦引起裂变的反应堆叫做热中⼦反应堆(简称热堆)。
热中⼦反应堆,它是⽤慢化剂把快中⼦速度降低,使之成为热中⼦(或称慢中⼦),再利⽤热中⼦来进⾏链式反应的⼀种装置。
由于热中⼦更容易引起铀-235等裂变,这样,⽤少量裂变物质就可获得链式裂变反应。
慢化剂是⼀些含轻元素⽽⼜吸收中⼦少的物质,如重⽔、铍、⽯墨、⽔等。
热中⼦堆⼀般都是把燃料元件有规则地排列在慢化剂中,组成堆芯。
链式反应就是在堆芯中进⾏的。
反应堆必须⽤冷却剂把裂变能带出堆芯。
冷却剂也是吸收中⼦很少的物质。
热中⼦堆最常⽤的冷却剂是轻⽔(普通⽔)、重⽔、⼆氧化碳和氦⽓。
核电站的内部它通常由⼀回路系统和⼆回路系统组成。
反应堆是核电站的核⼼。
反应堆⼯作时放出的热能,由⼀回路系统的冷却剂带出,⽤以产⽣蒸汽。
因此,整个⼀回路系统被称为“核供汽系统”,它相当于⽕电⼚的锅炉系统。
为了确保安全,整个⼀回路系统装在⼀个被称为安全壳的密闭⼚房内,这样,⽆论在正常运⾏或发⽣事故时都不会影响安全。
由蒸汽驱动汽轮发电机组进⾏发电的⼆回路系统,与⽕电⼚的汽轮发电机系统基本相同。
轻⽔堆――压⽔堆电站⾃从核电站问世以来,在⼯业上成熟的发电堆主要有以下三种:轻⽔堆、重⽔堆和⽯墨汽冷堆。
它们相应地被⽤到三种不同的核电站中,形成了现代核发电的主体。
⽬前,热中⼦堆中的⼤多数是⽤轻⽔慢化和冷却的所谓轻⽔堆。
轻⽔堆⼜分为压⽔堆和沸⽔堆。
核反应堆类型简介核反应堆类型简介核反应堆(Nuclear Reactor),又称原子反应堆或反应堆,是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置,是一种启动、控制并维持核裂变或核聚变链式反应的装置。
在反应堆之中,核变的速率可以得到精确的控制,其能量能够以较慢的速度向外释放,供人们利用。
核反应堆,是一种启动、控制并维持核裂变或核聚变链式反应的装置。
相对于核武爆炸瞬间所发生的失控链式反应,在反应堆之中,核变的速率可以得到精确的控制,其能量能够以较慢的速度向外释放,供人们利用。
核反应堆分类有:按时间分可以分为四代:第一代核电站是早期的原型堆电站,即1950年至1960年前期开发的轻水堆核电站,如美国的希平港压水堆、德累斯顿沸水堆以及英国的镁诺克斯石墨气冷堆等。
第二代核电站是1960年后期到1990年前期在第一代核电站基础上开发建设的大型商用核电站,如、加拿大坎度堆、苏联的压水堆等。
目前世界上的大多数核电站都属于第二代核电站。
第三代是指先进的轻水堆核电站,即1990年后期到2010年开始运行的核电站。
第三代核电站采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统,如先进的沸水堆、系统80+、AP600、欧洲压水堆等。
第四代是待开发的核电站,其目标是到2030年达到实用化的程度,主要特征是经济性高(与天燃气火力发电站相当)、安全性好、废物产生量小,并能防止核扩散。
按用途分:动力核反应堆;研究核反应堆;生产核反应堆(快滋生反应器)。
按反应堆慢化剂和冷却剂分:轻水堆(压水反应堆、沸水反应堆):轻水型反应堆使用相对分子质量为18的轻水作为慢化剂和冷却剂;重水堆:重水堆可按结构分为压力容器式和压力管式两类。
两者都使用重水做慢化剂,但前者只能用重水做冷却剂,后者却可用重水、轻水、气体等物质做冷却剂;石墨气冷堆;石墨液冷堆。
按反应堆中中子的速度分:热中子堆;快中子堆。
核反应堆有许多用途,最重要的用途是产生热能,用以代替其他燃料,产生蒸汽发电或驱动航空母舰等设施运转。
各种反应堆介绍各种反应堆介绍国外高温气冷堆发展情况目前世界上的主要有核国家,都在积极发展高温气冷堆技术用于发电与制氢。
美国能源部2004年开始招标建设一座热功率40万到60万千瓦的双用途高温气冷堆,项目投资约15亿美元,计划2015年建成。
南非的高温气冷堆核电站设计,已经通过国际原子能机构组织的四次审评,计划在2010年前建成示范电站。
法国法马通公司也在积极开展高温气冷堆技术的研究,并已参加美国爱达荷高温气冷堆项目的投标。
日本已经建成了高温工程试验研究堆,用于研究高温气冷堆技术和高温制氢技术。
俄罗斯正与美国共同开展利用高温气冷堆烧钚的研究。
快堆核电站快堆核电站由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的核电站。
快堆在运行中既消耗裂变材料,又生产新裂变材料,而且所产可多于所耗,能实现核裂变材料的增殖。
目前,世界上已商业运行的核电站堆型,如压水堆、沸水堆、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,即使再利用转换出来的钚-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原则上都能转换成钚-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%。
沸水堆核电站沸水堆核电站以沸水堆为热源的核电站。
沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。
沸水堆与压水堆同属轻水堆,都具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。
它们都需使用低富集铀作燃料。
沸水堆核电站系统有:主系统(包括反应堆);蒸汽-给水系统;反应堆辅助系统等。
重水堆核电站与压水堆核电站不同,重水堆核电站的核反应堆是利用天然铀作燃料,用重水做慢化剂和冷却剂。
目前全世界正在运行的400多个核电机组中,绝大多数是压水堆,只有32个是重水堆。
重水堆核电站不用浓缩铀,而用天然铀作燃料,比压水堆的燃料成本低三分之二,但用作慢化剂和冷却剂的重水则十分昂贵。
核电站一般知识简介一、反应堆简介核反应堆是一种能以可控的方式实现自续链式核反应的装置。
根据原子核产生能量的方式,可分为裂变反应堆和聚变反应堆两种。
当今世界上已建成和广泛使用的反应堆都是裂变反应堆。
聚变反应堆目前还处于研究设计阶段。
裂变反应堆是通过把一个重核裂变为两个中等质量核而释放能量的。
它是由核燃料/冷却剂/慢化剂/结构材料和吸收剂等材料组成的一个复杂系统。
按用途不同,裂变反应堆可分为生产堆/实验堆和动力堆。
按冷却剂或慢化剂的种类不同可分为轻水堆/重水堆/气冷堆和液态金属冷却快中子堆。
按引起裂变反应的中子能量不同,又可分为热中子反应堆和快中子反应堆。
二、核电站的组成1.压水堆核电站由核岛、常规岛、BOP(配套设施)组成。
2.核电站厂房布置:反应堆安全壳厂房核辅助厂房过渡厂房核燃料贮存厂房应急柴油机厂房电气厂房汽轮机厂房配套设施核电站厂房图1 核电站原理流程图核电厂中的能量转换与转递三、核岛主要系统组成1.核岛主要系统组成核岛主要系统由反应堆冷却剂系统、专设安全设施、核辅助系统、三废处理系统、核岛通风空调系统及核燃料装卸贮存和工艺运输系统等六大类系统组成。
a) 反应堆冷却剂系统指三条环路及其核岛主设备压力容器、主泵、蒸发器、稳压器和主管道等组成。
b) 专设安全设施由四个系统组成:它们是安全注入系统、辅助给水系统、安全壳喷淋系统和安全壳隔离系统。
c) 核辅助系统——化学和容积控制系统——硼和水的补给系统——一回路辅助系统——余热排出系统——核取样系统核辅助系统——堆和乏燃料水池冷却与处理系统——设备冷却水系统——辅助冷却水系统——核岛应急生水系统——蒸发器排污系统——核岛冷冻水系统——电气厂房冷却水系统d) 三废处理系统——废气处理系统——废液处理系统——废物处理系统三废处理系统——硼回收系统——核岛疏水排气系统——放射性废液排放系统——常规岛废液排放系统e) 核岛通风空调系统组成—控制棒驱动机构风冷系统—安全壳内连续通风系统—安全壳内空气净化系统—反应堆堆坑通风系统—安全壳换气通风系统—主控制室空调系统—安全壳外贯穿件房间通风系统—上充泵房应急通风系统—辅助给水泵房通风—冷水系统设备间通风系统通风空调系统—核燃料厂房通风系统—核辅助厂房通风系统—电气厂房通风系统—电气厂房排烟系统—电缆层通风系统—安注和喷淋泵电机房通风系统—安全壳内大气监测系统—废物辅助厂房通风系统—主要厂用水泵站通风系统f) 核燃料装卸贮存和工艺运输系统是一个独立的操作系统,只有在核燃料换料和接收新燃料时系统才运作。
目前,在以发电为目的的核能动力领域,世界上应用比较普遍或具有良好发展前景的,主要有压水堆(PWR)、沸水堆(BWR)、重水堆(PHWR)、高温气冷堆(HTGR)和快中子堆(LMFBR)五种堆型。
一、压水堆压水堆(PWR)最初是美国为核潜艇设计的一种热中子堆堆型。
四十多年来,这种堆型得到了很大的发展,经过一系列的重大改进,.己经成为技术上最成熟的一种堆型。
压水堆核电站采用以稍加浓铀作核然料,燃料芯块中铀-235的富集度约3%。
核燃料是高温烧结的圆柱形二氧化铀陶瓷燃料芯块。
柱状燃料芯块被封装在细长的铬合金包壳管中构成燃料元件,这些燃料元件以矩形点阵排列为燃料组件,组件横断面边长约20cm,长约3m。
几百个组件拼装成压水堆的堆芯。
堆芯宏观上为圆柱形。
压水堆的冷却剂是轻水。
轻水不仅价格便宜,而且具有优良的热传输性能。
所以在压水堆中,轻水不仅作为中子的慢化剂.同时也用作冷却剂。
轻水有一个明显的缺点,就是沸点低。
要使热力系统有较高的热能转换效率,根据热力学原理.核反应堆应有高的堆芯出口温度参数:要获得高的温度参数,就必须增加冷却剂的系统压力使其处于液相状态。
所以压水堆是一种使冷却剂处于高压状态的轻水堆。
压水堆冷却剂入口水温一般在290℃左右,出口水温330℃左右,堆内压力15.5MPa大亚湾核电站就是一座压水堆核电站。
高温水从压力容器上部离开反应堆堆芯以后,进入蒸汽发生器,如图1-7所示。
压水堆堆芯和蒸汽发生器总体上像一台大锅炉,核反应堆堆芯内的燃料元件相当于加热炉,而蒸汽发生器相当于生产蒸汽的锅,通过冷却剂回路将锅与炉连接在一起。
冷却剂从蒸汽发生器的管内流过后,经过冷却剂回路循环泵又回到反应堆堆芯。
包括压力容器、蒸汽发生器、主泵、稳压器及有关阀门的整个系统,是冷却剂回路的压力边界。
它们都被安置在安全壳内,称之为核岛。
蒸汽发生器内有很多传热管,冷却剂回路和二回路通过蒸汽发生器传递热量。
传热管外为二回路的水,冷却剂回路的水流过蒸汽发生器传热管内时,将携带的热量传输给二回路内流动的水,从而使二回路的水变成280℃左右的、6-7MPa的高温蒸汽。
常见的核电站堆型有哪几种核电站是一座或若干座利用核裂变(NuclearFission)或核聚变(NuclearFusion) 反应所释放的核能转换成热能来发电兼供热的动力设施。
其中核反应堆是核电站最主要的关键作业设备,链式裂变反应就在该设备中进行;目前,全球核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等。
其中压水反应堆作为最成熟、最成功的一种动力堆堆型,运用最为广泛,我国大多数核电站其反应堆都属于该类反应堆。
一、核电站工作原理核电站主要是通过将由铀、杯制成的核燃料在反应堆设备内发生裂变从而释放出大量的核能,再利用处于高压下的水将核能转化为热能,在蒸汽发生器中加热水产生蒸汽,蒸汽推动汽轮发电机发电,使机械能转变成电能。
一般来说,核电站本身的工作原理和所需要的设备条件与普通火电站发电机制大同小异,主要在于核反应堆。
二、常见的核电站堆型:1、压水堆核电站以压水堆为热源的核电站。
其工作原理主要是利用处于高压下的循环冷却水将反应堆中核燃料裂变反应释放出的大量核能转换成热能,之后加热水产生蒸汽,推动汽轮机,进而推动发电机旋转发电。
注:压水堆的水在正常工况下是处于不沸腾状态;2、沸水堆核电站以沸水堆为热源的核电站。
沸水堆和压水堆都是属于轻水堆,其工作原理相似,不同的是沸水堆采用沸腾的水将核能转换为电能,而压水堆则是利用高压下的循环冷却水;沸水堆整体系统比压水堆较为简单,省去了蒸汽发生器这一设备。
注:日本福岛核电站属于沸水堆核电站。
3、重水堆核电站以重水堆为热源的核电站。
其工作原理与压水堆、沸水堆工作原理相同,不同点在于重水堆核电站是利用重水作为作为慢化剂和冷却剂;重水堆核电站其核燃料为天然铀作燃料,相对来讲,重水堆比压水堆的燃料成本低,但用作慢化剂和冷却剂的重水则十分昂贵。
注:重水(2H20)无臭无味的液体,对人体有害的。
4、快堆核电站由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的核电站。
核反应堆的原理和分类随着全球能源需求的不断增长,核能作为一种清洁、高效的能源形式越来越受到重视。
而核反应堆作为核能产生的关键设备,其原理和分类种类也备受关注。
一、核反应堆的原理核反应堆是一种利用核裂变或核聚变反应释放出来的能量,以产生热能或电能的机器。
其主要原理是通过核裂变或核聚变反应,使得核燃料中的原子核不断分裂或合并,从而释放出大量的能量。
通过将这些能量转换为热能,再利用热能驱动涡轮发电机,最终转化为电能。
核反应堆的燃料主要为铀或钚等放射性元素,而核反应的过程中,放射性物质会释放出大量的热能,同时也会产生各种类型的放射线,包括α、β、γ等。
因此,在核反应堆中进行核反应时,必须采取防护措施,保护人员和环境免受辐射的危害。
二、核反应堆的分类根据核反应堆所使用的核燃料和反应方式的不同,核反应堆可以分为以下几种分类。
1. 核裂变反应堆核裂变反应堆是目前应用最广泛的核反应堆。
它利用铀、钚等放射性元素的原子核发生核裂变,释放出大量的热能和中子,从而驱动涡轮发电机,产生电能。
目前,核裂变反应堆主要采用的是铀-235作为核燃料。
核裂变反应堆又可以分为自持续反应堆和非自持续反应堆。
自持续反应堆在反应中可以自我调节中子产生率,从而保持反应的平衡状态;而非自持续反应堆则需要用中子反射体、控制杆等来控制核反应的速率和强度。
2. 核聚变反应堆核聚变反应堆是一种通过将两个氢原子核合并成一个氦原子核释放出能量的反应堆。
核聚变反应堆利用的是轻核聚变能力较高的氢、氘、氚等,具有较高的能量密度和不污染环境的优点。
但是,目前尚未研究出一种能够解决核聚变反应中产生的高温、高压等技术难题,因而核聚变反应堆目前还处于实验室阶段。
3. 热中子反应堆热中子反应堆是一种利用热中子慢化反应进行核裂变的反应堆。
反应堆的燃料主要为铀-235或钚等放射性元素,反应过程中所生成的中子会与中子反射体进行碰撞,因而减少了中子速度,使得中子能更容易地被燃料吸收,从而达到治理核反应的效果。
1.压水堆压水堆是指使用轻水(即普通净化水)作冷却剂和慢化剂,且水在反应堆内保持液态的核反应堆。
除秦山三期外,我国目前运行的核电机组全部为压水堆。
压水堆作为一种技术十分成熟的堆型,与其他堆型相比,结构紧凑,经济上基建费用低、建设周期短、轻水价格便宜;有放射性的一回路与二回路分开,带有放射性的冷却剂不会进入二回路污染汽轮机,机组运行、维护方便。
压水堆示意图2.沸水堆沸水堆利用轻水作慢化剂和冷却剂,只有一个回路,水在反应堆内沸腾产生蒸汽直接进入汽轮机发电。
与压水堆相比,沸水堆工作压力低;由于减少了一个回路,其设备成本也比压水堆低;但这样可能使汽轮机等设备受到放射性污染,给设计、运行和维修带来不便。
沸水堆示意图汽水分离再热器由于核电厂使用的汽轮机组为饱和蒸汽机组。
蒸汽发生器产生的饱和蒸汽被送到高压缸作功,高压缸末级的排汽湿度达到了14.2%,如果此种蒸汽仍被送往低压缸,将对低压缸产生汽蚀、水锤,将大大缩短汽轮机组的使用寿命。
为避免出现这种情况,专门设计了汽水分离再热器系统。
高压缸的蒸汽作完功后,被送入到汽水分离再热器MSR(Moisture Separator and Reheater)。
在MSR 中进行分离和再热,使进入低压缸的蒸汽为过热蒸汽,减低了对低压缸叶片的冲蚀。
同时,汽水分离再热系统还起到了合理分配低压缸负荷,减轻高压缸负载的功能。
3.重水堆重水堆是以重水(氘和氧组成的化合物)作慢化剂的反应堆。
其主要优点是可以直接利用天然铀作核燃料,同时采用不停堆燃料方式;但体积比轻水堆大,建造费用高,重水昂贵、发电成本也比较高。
重水堆核电站是发展较早的核电站,我国秦山三期1、2号机组采用的是加拿大坎杜型(CANDU)压力管式重水堆CANDU加拿大皮克灵核电厂(重水堆)4.高温气冷堆高温气冷堆用氦气作冷却剂,石墨作慢化剂,堆芯出口温度较高。
高温气冷堆热效率高,建造周期短,系统简单;但堆芯出口温度为850~1000℃甚至更高,对反应堆材料的性能要求也高。
关于各类核反应堆的构造.特点科普昨天看到一个帖子,说日本反应堆比中国先进,还经常有人嚷嚷气冷堆上潜艇,还有世界上3大核电站事故的情况,实在看不下去了,现在对核反应堆做个简单科普。
反应堆由燃料棒、控制棒、冷却剂、慢化剂组成,自行百度,我主要讲各类反应堆的具体情况。
首先是石墨液冷堆,是人类第一种掌握的反应堆,由费米于1942年12月2日在芝加哥大学网球场建立并启动,而第一个核电站,也是石墨液冷堆,由苏联建造。
这种反应堆用石墨作为慢化剂,水作为冷却剂,没有耐压壳。
整体构造可以想象成蜂窝煤,在石墨中通上各类管线。
作为人类第一代反应堆,缺点很多:1、没有耐压壳,安全性很差,一旦事故,堆心就会暴露在大气层中。
2、高纯度石墨易燃,失事时会造成大火,不仅会阻碍救援,还会促进放射物在大气扩散。
3、每一个管线都是单独的单元,各个管线并不是一体的,不利于维护。
石液冷堆只有苏联大规模投入商业运营,切尔诺贝利爆炸的就是这种堆。
第二种是重水堆,当年纳粹开发核弹用的就是这种堆,用重水作为慢化剂,当时只有挪威能生产重水,工厂还被盟军炸了,攻入德国的时候就发现了一个完整的重水堆,只不过重水太少(只有2吨),不足以引起核反应,如果当时纳粹获得了足够的重水…………重水很少吸收中子,所以重水堆的核燃料不用浓缩,用天然铀就行,省去了庞大的铀浓缩工厂;因为很少吸收中子,所以增值(下文会讲到)是所有慢中子堆中最高的;因为慢化剂是液体,紧急情况下只要排空慢化剂,就回停止核反应,安全性也很高;钴60(一种重要医疗资源,用于化疗)也主要由重水堆生产;最重要的一点是:核弹所用的钚239通常是由重水堆生产,其他反应堆生产的钚会含有钚240,用于反应堆没问题,但不能用于核弹。
重水堆主要使用国家为加拿大,我国的秦山3期也是重水堆,汶川大地震时时受影响的那个堆,就是重水堆。
然后就是世界的主流,压水堆。
压水堆是将冷却剂与慢化剂合二为一,用普通水来完成,因为省去了慢化剂的空间,所以最为紧凑。