压水堆核电站的工作原理

压水堆核电站入门重点一、名词解释（2题，共10分）1、压水堆2、反应堆反应堆是以可控方式产生自持链式核裂变反应的装置，产生、维持和控制链式核裂变反应3、核安全及其三要素核安全：在核设施设计、制造、运行及停役期间为保护核电厂工作人员、公众和环境免受可能的放射性危害所采取的所有措施的总和。

这些措施包括：（1）保障所有设备正常运行，控制和减少对环境的放射性废物排放。

（2）预防故障和事故的发生。

（3）限制发生的故障或事故后果。

即核安全取决于设备的可用性、人的行为、工作组织与管理的有效性。

核安全的三大功能(也称作三要素)是：反应性控制、堆芯冷却和放射性产物的包容。

4、固有安全性固有安全性被定义为：当反应堆出现异常工况时，不依靠人为操作或外部设备的强制性干预，只是由堆的自然安全性和非能动的安全性，控制反应性或移出堆芯热量，使反应堆趋于正常运行和安全停闭。

具备有这种能力的反应堆，即主要依赖于自然的安全性，非能动的安全性和后备反应性的反应堆体系被称为固有安全堆。

二、判断题（10题，共20分）1、一二回路的放射性问题一回路水的放射性主要来自于中子活化产物（其中主要是钴60）以及裂变气体。

中子活化产物是一回路材料在反应堆中子的照射下产生的放射性同位素，裂变气体是核燃料裂变反应后产生的一些放射性气体（氙、氪等）。

一回路通过蒸汽发生器将热量传递到二回路，由于蒸汽发生器的屏蔽，只要传热管不发生破损，一回路水不泄漏到二回路，二回路的水就不会有放射性。

2、与主回路相连的系统，与安注系统相连的系统与反应堆冷却剂系统（RCP）相连的有：化学与容积控制系统（RCV），余热排出系统（RRA），安全注入系统（RIS）与安注系统（RIS）相连的有：安全壳喷淋系统（EAS），反应堆换料水池和乏燃料水池的冷却和处理系统（PTR）3、设备冷却水系统（RRI）是否有泄漏，如何检测主要检测波动箱的水位变化，一旦出现冷却水漏失，波动箱水位就会异常降低，主控室会出现警报。

核反应堆材料压水堆核电站结构●核电站原理：核裂变释放出的核能，被载热剂一回路水带出，并经过蒸汽发生器使二回路水变成蒸汽，蒸汽再驱动汽轮发电机组进行发电。

●反应堆所用的各种材料在成份、工艺、组织和性能上，都比常规电站材料要求严格第一章绪论●一、. 堆材料在核电站中的作用●反应堆材料在核电站运行中影响反应堆的安全性和机组寿命；●反应堆材料对核电站的建设速度、质量、数量和水平都起到重要的作用。

●在核电站的发展和新堆型的开发中，需要材料科学的发展，以大量材料数据作为基础，开发新材料。

●首先各国反应堆运行经验表明，运行上出现的问题或故障抢修，追究其原因，多半都与材料有关。

●其次，反应堆材料的工况比较复杂，除受温度、压力和腐蚀介质作用外，还受到中子辐照，由此而引起的性能恶化，对安全存在威胁。

●第三，如果堆材料的使用性能与工况要求不相匹配或者余量不足，将会使零、部件失去预定服役效能而引起失效或损坏。

这表明，在设计和建造反应堆过程中，每个部件、每个环节都离不开材料问题。

●第四，从降低成本、延长寿命和改进堆型考虑，必然涉及到合理选材、改进工艺和开发新材料的问题。

●第五，在核电站的定型化、标准化、系列化和商品化的各阶段中，都需要有大量材料数据作基础●二、材料结构●材料结构是指组成材料的原子（或离子、分子）相互结合的方式或构成的形式以及结构要素按一定次序的组合、排列及相互间的各种联系。

●三、材料结构的具体内容● 1.组成材料的原子（或离子、分子）的构造● 2.组成材料的原子（或离子、分子）间的结合● 3.组成材料的原子（或离子、分子）的排列● 4.材料结构内存在的缺陷●四、材料的性能● 1.材料的性能是材料结构反作用于环境的能力● 2.材料的性能是由材料结构所决定的● 3.材料性能具有多面性● 4.材料性能是可以改变的原子——晶格——晶粒——相——组织——金属材料。

1.燃料（核裂变材料）✓压水堆核电站燃料用的是UO2陶瓷材料。

关于第三代核电站关于第三代核电站前⾔能源危机与环境危机⽇益紧迫，使⽤新的清洁、安全、⾼效能源成为⼈类不争的共识。

除了煤炭、⽯油、天然⽓、⽔⼒资源外，如风能、太阳能、潮汐能、地热能等等新能源逐渐引起⼈们的重视，但是由于技术问题、开发成本及场地等因素，这些能源很难在近期内实现⼤规模的⼯业化⽣产和利⽤；⽽同各种化⽯能源相⽐起来，核能对环境和⼈类健康的危害更⼩，更是⼀种安全、可靠、清洁的能源，且在经济上具有竞争⼒的最为现实的替代能源。

第三代核反应堆是在汲取了第⼆代反应堆运⾏经验和事故教训后，于20世纪90年代后期发展出的安全性更⾼的先进反应堆技术，通常把满⾜《美国⽤户要求⽂件(URD)》或《欧洲⽤户要求⽂件(EUR)》价标准的核电⼚称为第三代核电站。

⽬前，世界上在建和规划待建的核电站，⼤部分将采⽤第三代核电技术。

近年来，我国核电产业发展取得了举世瞩⽬的成绩，核电技术研发和⼯程应⽤⾛在世界前列。

以“华龙⼀号”正式投产和“国和⼀号”成功研发（及其⽰范⼯程的开⼯建设）为标志，我国成为继美国、法国、俄罗斯等核电强国后⼜⼀个拥有独⽴⾃主三代核电技术和全产业链的国家。

核电站⼯作原理核电站是利⽤核分裂（核裂变）或核融合（核聚变）反应所释放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裂变反应⽽发电。

核电站常见的堆型有四种：压⽔堆、沸⽔堆、重⽔堆和快堆。

压⽔堆核电站发电原理图沸⽔堆核电站发电原理图现在⽐较普遍使⽤的核电站是压⽔反应堆核电站，我国在运、在建的第三代核电站采⽤的都是压⽔堆核电站，它的⼯作原理是：⽤铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发⽣裂变⽽产⽣⼤量热能，再⽤处于⾼压⼒下的⽔把热能带出，在蒸汽发⽣器内（进⾏热能交换，将热能传递给⼆回路供给的主给⽔）产⽣蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机⼀起旋转，电就源源不断地产⽣出来，并通过电⽹送到四⾯⼋⽅。

核电站由三个回路组成。

压⽔堆压⽔堆核电站由三个回路组成。

⼀回路：反应堆堆芯因核燃料裂变产⽣巨⼤的热能，由主泵泵⼊堆芯的⽔被加热成327度、155个⼤⽓压的⾼温⾼压⽔，⾼温⾼压⽔流经蒸汽发⽣器内的传热Ｕ型管，通过管壁将热能传递给Ｕ型管外的⼆回路主给⽔，释放热量后⼜被主泵送回堆芯重新加热再进⼊蒸汽发⽣器。

反应性阶跃变化大小与反应堆周期的关系 压水堆动力学模型 华北电力大学核科学与工程学院
当反应性的变化ρ接近β时，由缓增变为陡增。对应反应堆周期 T=1/ ω 1急剧减小。
压水堆动力学模型 华北电力大学核科学与工程学院 反应性大阶跃变化下中子密度响应
当反应性变化大于β后，反应堆周期接近零，反应堆功率急 剧上升失去控制，出现“瞬发临界事故”。
华北电力大学核科学与工程学院 n/n0
瞬变项
华北电力大学核科学与工程学院 反应性小阶跃变化下中子密度响应 反应性扰动开始的瞬间,中子密度迅速增长决定于瞬发中子,反 应堆周期 ，这种现象称为瞬跳;很快缓发中子发挥作用, 按指数规律增长。
中子密度以反应堆周期
华北电力大学核科学与工程学院
压水堆动力学模型 华北电力大学核科学与工程学院 反应性大阶跃变化下中子密度响应 当反应性ρ为一个很大的阶跃扰动时，按上述类似方法可得：
华北电力大学核科学与工程学院 点堆动力学模型：把反应堆看成没有空间度量的一个“点”， 即反应堆内各点的中子通量密度只随时间变化，与空间位置 无关。 有效增殖系数Keff ：某一代参与裂变反应的中子数除以上 一代参与裂变反应的中子数。 中子一代时间(Neutron life time) l ：上一代中子产生数量 相同的下一代中子的所需的时间。 平均一代中子时间：一个中子由于裂变被另一个中子代替 的平均时间。 Λ =l/ Keff 反应性：表征链式反应介质或系统偏离临界程度的参数。
华北电力大学核科学与工程学院
华北电力大学核科学与工程学院
华北电力大学核科学与工程学院
压水堆动力学模型 华北电力大学核科学与工程学院 反应性小阶跃变化下中子密度响应
平衡点处： 缓发中子先驱核产生率＝ 缓发中子先驱核消失率