核島知識介紹

1、核島知識介紹核島知識介紹浙江火電三門核電項目質(zhì)保部浙江火電三門核電項目質(zhì)保部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部內(nèi)容 核反應(yīng)基本原理 核反應(yīng)相關(guān)因素 核反應(yīng)堆基本結(jié)構(gòu) 常見核反應(yīng)堆類型 核島系統(tǒng)介紹浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)基本原理 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu) 萬物是由原子、分子構(gòu)成，每一種萬物是由原子、分子構(gòu)成，每一種原子對應(yīng)一種化學(xué)元素。目前，原子對應(yīng)一種化學(xué)元素。目前，人們已知一百多種元素人們已知一百多種元素，原子是，原子是由原子核和電子構(gòu)成。原子核由由原子核和電子構(gòu)成。原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，質(zhì)子和中子構(gòu)成，電子帶負(fù)電荷電子

2、帶負(fù)電荷, ,原子核帶正電原子核帶正電, ,原子核的質(zhì)量遠(yuǎn)超原子核的質(zhì)量遠(yuǎn)超過核外電子的總質(zhì)量，原子的質(zhì)過核外電子的總質(zhì)量，原子的質(zhì)量中心與原子核的質(zhì)量中心非常量中心與原子核的質(zhì)量中心非常接近。原子核的限度只有幾十飛接近。原子核的限度只有幾十飛米米(1fm=10-15m=10-13cm)，而密度，而密度高達高達108t.cm-3 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部原子核結(jié)構(gòu)原子核結(jié)構(gòu)l 原子核由質(zhì)子和中子組成的原子核由質(zhì)子和中子組成的 。中子為中性粒子，質(zhì)子為帶有單位正中子為中性粒子，質(zhì)子為帶有單位正電荷的粒子電荷的粒子.l 任何一個原子核都可以由符號任何一個原子

3、核都可以由符號AZXN表示，表示，N是核內(nèi)中子數(shù)，是核內(nèi)中子數(shù)，Z是核內(nèi)是核內(nèi)質(zhì)子數(shù)或電荷數(shù)，質(zhì)子數(shù)或電荷數(shù)，A是核內(nèi)的核子數(shù)或核的質(zhì)量數(shù)，是核內(nèi)的核子數(shù)或核的質(zhì)量數(shù)，X是該原子核對是該原子核對應(yīng)的元素符號。事實上，只要元素符號應(yīng)的元素符號。事實上，只要元素符號X確定后，該元素的電荷數(shù)就確定后，該元素的電荷數(shù)就已經(jīng)確定，所以符號已經(jīng)確定，所以符號A XN足以表示一個特定的核。足以表示一個特定的核。l 中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)都相同的原子核稱為一種核素。具有相同原子序數(shù)但中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)都相同的原子核稱為一種核素。具有相同原子序數(shù)但質(zhì)量數(shù)不同的核素稱為某元素的質(zhì)量數(shù)不同的核素稱為某元素的同位素同位素。16O

4、,17O,18O的天然豐度比是的天然豐度比是：99.756%、0.039%、0.205%。壽命較長的激發(fā)態(tài)原子核稱為基態(tài)原壽命較長的激發(fā)態(tài)原子核稱為基態(tài)原子核的同質(zhì)異能素或同核異能素。同質(zhì)異能素所處的能態(tài)又稱同質(zhì)異子核的同質(zhì)異能素或同核異能素。同質(zhì)異能素所處的能態(tài)又稱同質(zhì)異能態(tài)，如：能態(tài)，如：87mSr，87Sr。 水水H2O (氫同位素氫同位素氕，氘，氚氕，氘，氚 H D T 重水重水 D2O 氧化氘氧化氘)l 根據(jù)原子核的穩(wěn)定性，可以把核素分為穩(wěn)定的核素和不穩(wěn)定的放射性根據(jù)原子核的穩(wěn)定性，可以把核素分為穩(wěn)定的核素和不穩(wěn)定的放射性核素。原子核的穩(wěn)定性與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之間的比例存在密切的核

5、素。原子核的穩(wěn)定性與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之間的比例存在密切的關(guān)系。關(guān)系。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部原子核與原子能 E=mc2稱為質(zhì)能關(guān)系式，稱為質(zhì)能關(guān)系式， 也就是質(zhì)能聯(lián)系定律也就是質(zhì)能聯(lián)系定律 。 原子核的質(zhì)量虧損為組成原子核的質(zhì)子和中子的質(zhì)量與該原子原子核的質(zhì)量虧損為組成原子核的質(zhì)子和中子的質(zhì)量與該原子核的質(zhì)量之差。從原子核的質(zhì)量虧損的定義可以明確的看出，核的質(zhì)量之差。從原子核的質(zhì)量虧損的定義可以明確的看出，所有的核都存在質(zhì)量虧損，即所有的核都存在質(zhì)量虧損，即m m（Z,AZ,A）00。m m（Z,AZ,A）=Zm=Zmp p+(A-Z)m+(A-Z)

6、mn n-m(Z,A-m(Z,A) ) ，其中，其中 m m（Z,AZ,A）為電荷數(shù)為、為電荷數(shù)為、質(zhì)量數(shù)為的原子核的質(zhì)量質(zhì)量數(shù)為的原子核的質(zhì)量 。 既然原子核的質(zhì)量虧損既然原子核的質(zhì)量虧損m m（Z,AZ,A）00 ，由質(zhì)能關(guān)系式，那么，由質(zhì)能關(guān)系式，那么相應(yīng)能量的減少就是相應(yīng)能量的減少就是 E=mcmc2 2 00 。這表明核子結(jié)合成原子。這表明核子結(jié)合成原子核時，會釋放出能量，這個能量稱之為結(jié)合能。核時，會釋放出能量，這個能量稱之為結(jié)合能。 一個中子和一個質(zhì)子組成氘核時，會釋放一部分能量一個中子和一個質(zhì)子組成氘核時，會釋放一部分能量2.225MeV, 這就是氘的結(jié)合能。它已為精確的實驗測

7、量所證明。這就是氘的結(jié)合能。它已為精確的實驗測量所證明。實驗還證實了它的逆過程：當(dāng)有能量為實驗還證實了它的逆過程：當(dāng)有能量為2.225MeV的光子照射的光子照射氘核時氘核時, 氘核將一分為兩氘核將一分為兩, 飛出質(zhì)子和中子。飛出質(zhì)子和中子。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部原子核與原子能 當(dāng)結(jié)合能小的核變成結(jié)合能大的核，即當(dāng)結(jié)合得比當(dāng)結(jié)合能小的核變成結(jié)合能大的核，即當(dāng)結(jié)合得比較松的核變到結(jié)合得緊的核，就會釋放能量。較松的核變到結(jié)合得緊的核，就會釋放能量。 從比結(jié)合能曲線可以看出從比結(jié)合能曲線可以看出,有兩個途徑可以獲得能量：有兩個途徑可以獲得能量： 重核裂變，即

8、一個重核分裂成兩個中等質(zhì)量的核；重核裂變，即一個重核分裂成兩個中等質(zhì)量的核； 輕核聚變，即兩個輕核融合為一個較重質(zhì)量的核。輕核聚變，即兩個輕核融合為一個較重質(zhì)量的核。 人們依靠人們依靠重核裂變重核裂變的原理制造出的原理制造出原子反應(yīng)堆原子反應(yīng)堆與與原子原子 彈彈，依靠，依靠輕核聚變輕核聚變的原理制造出的原理制造出氫彈氫彈和人們正在探和人們正在探索的索的可控聚變反應(yīng)可控聚變反應(yīng)。 所謂所謂原子能原子能，主要是指原子核結(jié)合能發(fā)生變化時釋，主要是指原子核結(jié)合能發(fā)生變化時釋放的能量。放的能量。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng) 核反應(yīng)是由以一定能量的入射粒子轟擊靶

9、核的方式引起的。入射粒子可核反應(yīng)是由以一定能量的入射粒子轟擊靶核的方式引起的。入射粒子可以是質(zhì)子、中子、光子、電子、各種介子以及原子核等。當(dāng)入射粒子與以是質(zhì)子、中子、光子、電子、各種介子以及原子核等。當(dāng)入射粒子與核距離接近到核距離接近到fm(10-15m)時，兩者之間的相互作用就會引起原子核的各種時，兩者之間的相互作用就會引起原子核的各種變化，因而，核反應(yīng)是產(chǎn)生不穩(wěn)定核的最重要的手段。變化，因而，核反應(yīng)是產(chǎn)生不穩(wěn)定核的最重要的手段。 核反應(yīng)實際上研究兩類問題：一是研究在能量、動量等守恒的前提下，核反應(yīng)實際上研究兩類問題：一是研究在能量、動量等守恒的前提下，核反應(yīng)能否發(fā)生。二是研究參加反應(yīng)的各粒

10、子間的相互作用機制并進而核反應(yīng)能否發(fā)生。二是研究參加反應(yīng)的各粒子間的相互作用機制并進而研究核反應(yīng)發(fā)生的概率的大小。研究核反應(yīng)發(fā)生的概率的大小。 核反應(yīng)可表示為核反應(yīng)可表示為 ： a + A b + B 或或 A (a, b) B。 a, A, b和和B分別代表入射粒子、靶核、出射輕粒子和剩余核。分別代表入射粒子、靶核、出射輕粒子和剩余核。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng) 中子核反應(yīng)：中子與核作用時中子核反應(yīng)：中子與核作用時, 由于不存在庫侖勢壘由于不存在庫侖勢壘, 能量很低的慢中子就能引起核反應(yīng)能量很低的慢中子就能引起核反應(yīng), 其中其中最重要最重要的是的

11、是熱熱中子輻射俘獲中子輻射俘獲（n，） ，很多重要的人工放射性核素，很多重要的人工放射性核素使用（使用（n，）反應(yīng)制備的）反應(yīng)制備的 。 核反應(yīng)的反應(yīng)能定義為反應(yīng)前后系統(tǒng)動能的變化量核反應(yīng)的反應(yīng)能定義為反應(yīng)前后系統(tǒng)動能的變化量 。 對核反應(yīng)對核反應(yīng)a + A b + B，反應(yīng)能，反應(yīng)能Q=mcmc2 2，式中，式中m m為為反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損。同樣，可以用相應(yīng)粒子的原子反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損。同樣，可以用相應(yīng)粒子的原子質(zhì)量表示反應(yīng)能質(zhì)量表示反應(yīng)能Q=(Ma+MA )c2 - (Mb+MB )c2 。浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核裂變 誘發(fā)裂變中，誘發(fā)裂變中，中子

12、誘發(fā)裂變中子誘發(fā)裂變是最重要的、也是研究最是最重要的、也是研究最多的誘發(fā)裂變。由于中子與靶核沒有庫侖勢壘，能量多的誘發(fā)裂變。由于中子與靶核沒有庫侖勢壘，能量很低的很低的中子中子就可就可進入核內(nèi)進入核內(nèi)使其激發(fā)而使其激發(fā)而發(fā)生裂變發(fā)生裂變。裂變。裂變過程又有過程又有中子發(fā)射中子發(fā)射，可能形成，可能形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這也是中子，這也是中子誘發(fā)裂變受到關(guān)注的原因。以誘發(fā)裂變受到關(guān)注的原因。以235U(n,f)反應(yīng)為例，反應(yīng)為例， 熱熱中子中子(即即入射中子能量為入射中子能量為0.0253eV)即可產(chǎn)生誘發(fā)裂變即可產(chǎn)生誘發(fā)裂變: n+ 235U236U*X+Y+n。 235U吸收一個熱中子每次吸收

13、一個熱中子每次裂變平均放出的裂變能約為裂變平均放出的裂變能約為195MeV。 熱熱中子核裂變：仍以中子核裂變：仍以235U為例為例 ，其中熱中子動能，其中熱中子動能Tn=0.0253eV，所以，復(fù)合核的激發(fā)能為，所以，復(fù)合核的激發(fā)能為E*=BnX=6.545MeV，它大于，它大于236U的位壘高度的位壘高度Eb=5.9MeV,所以，熱中子即可誘發(fā)裂變。此外，所以，熱中子即可誘發(fā)裂變。此外，233U和和239Pu(钚钚)也能由熱中子引起裂變，這些核稱為易裂也能由熱中子引起裂變，這些核稱為易裂變核。變核。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核裂變 閾能核裂變：以閾能核

14、裂變：以238U為例，為例， 若仍以若仍以熱中子熱中子轟擊，轟擊，239U*的激發(fā)能為的激發(fā)能為E*=BnX=4.806MeV ， 但但239U的位壘高度的位壘高度Eb=6.2MeV，這說明裂變核的激發(fā)能比其裂變位壘高度低這說明裂變核的激發(fā)能比其裂變位壘高度低,不容易發(fā)不容易發(fā)生裂變。生裂變。 但是如果入射的不是熱中子，而是入射但是如果入射的不是熱中子，而是入射En=Tn1.4MeV1.4MeV的的快中子快中子時，時， 則則239U*的能量狀態(tài)提高到勢壘頂部，就的能量狀態(tài)提高到勢壘頂部，就可以立即產(chǎn)生裂變。因此可以立即產(chǎn)生裂變。因此En=1.4MeV就是就是238U產(chǎn)生誘產(chǎn)生誘發(fā)裂變的閾能。除

15、發(fā)裂變的閾能。除238U外，還有外，還有232Th等，稱為不易裂等，稱為不易裂變核變核(或可裂變核或可裂變核)。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核裂變浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 原子核在吸收一個中子以后會分裂成兩個或更多個質(zhì)量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變，使過程持續(xù)進行下去，這種過程稱作鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 。 1千克鈾-235的全部核的裂變將產(chǎn)生20,000兆瓦小時的能量(足以讓20兆瓦的發(fā)電站運轉(zhuǎn)1,000小時)，與燃燒300萬噸煤釋放的能量一樣多 。浙江省火電建設(shè)

16、公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核裂變： 23592U(鈾原子)+1N0(中子)X1(碎片)+X2(碎片)+2.431N0(中子)+E其中，E200 MeV，裂變能是在燃料元件內(nèi)釋放出來的，平均值 2.431N099.35瞬發(fā)中子+0.65緩發(fā)中子， 5左右的裂變能是在慢化劑中釋放出來的，不足5的裂變能是在反射層和熱屏蔽層中釋放出來的。AP100O核電廠堆芯功率為3400MW， NSSS輸出熱功率為3415MW，其中有15MW是主泵的貢獻浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部幾個概念 慢化慢化 快中子通過碰撞減緩為中能中子、熱中子的過程

17、快中子通過碰撞減緩為中能中子、熱中子的過程 慢化劑慢化劑 核燃料裂變反應(yīng)釋放的中子為快中子，而在熱中子或中能核燃料裂變反應(yīng)釋放的中子為快中子，而在熱中子或中能中子反應(yīng)堆中要應(yīng)用慢化中子維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，慢化劑就是中子反應(yīng)堆中要應(yīng)用慢化中子維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，慢化劑就是用來將快中子能量減少，使之慢化成為中能中子或熱中子用來將快中子能量減少，使之慢化成為中能中子或熱中子的物質(zhì)的物質(zhì) 。 冷卻劑冷卻劑 帶載堆內(nèi)產(chǎn)生的核裂變能到堆外熱力系統(tǒng)的工作介質(zhì)。帶載堆內(nèi)產(chǎn)生的核裂變能到堆外熱力系統(tǒng)的工作介質(zhì)。 氙毒氙毒135Xe 核裂變的中間產(chǎn)物，具有極強的中子吸收能力核裂變的中間產(chǎn)物，具有極強的中子吸收能力浙江省火電建

18、設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部中子核反應(yīng)反應(yīng)性控制中子的中子的慢化慢化核燃料原子核裂變時放出的中子平均能量達到核燃料原子核裂變時放出的中子平均能量達到2MeV，最大能量可，最大能量可達達10MeV反應(yīng)堆常用的慢化劑：輕水、重水、石墨和鈹反應(yīng)堆常用的慢化劑：輕水、重水、石墨和鈹輕水輕水慢化慢化能力大，慢化比小，必須用濃縮鈾建反應(yīng)堆，堆芯體積小能力大，慢化比小，必須用濃縮鈾建反應(yīng)堆，堆芯體積小重水、石墨慢化能力比輕水小，慢化比大，可用天然鈾建臨界反應(yīng)重水、石墨慢化能力比輕水小，慢化比大，可用天然鈾建臨界反應(yīng)堆，反應(yīng)堆體積比輕水堆大得多堆，反應(yīng)堆體積比輕水堆大得多U238共振吸

19、收中能中子，逃脫共振吸收幾率共振吸收中能中子，逃脫共振吸收幾率與慢化介質(zhì)原子核處于熱平衡狀態(tài)的中子為熱中子與慢化介質(zhì)原子核處于熱平衡狀態(tài)的中子為熱中子20 oC， v=2200m/s, E=0.0253eV2MeV的裂變中子，慢化到的裂變中子，慢化到1eV，平均與水碰撞，平均與水碰撞18次次慢化所需要的時間稱為慢化時間，對水慢化所需要的時間稱為慢化時間，對水6x10-6s熱中子從產(chǎn)生到被吸收之前所經(jīng)歷的平均時間稱為擴散時間，在常熱中子從產(chǎn)生到被吸收之前所經(jīng)歷的平均時間稱為擴散時間，在常見的慢化劑中，見的慢化劑中， 10-4 10-2s浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項

20、目部中子核反應(yīng)反應(yīng)性控制 反應(yīng)堆臨界條件反應(yīng)堆臨界條件 一個燃料核俘獲一個燃料核俘獲一個中子一個中子產(chǎn)生裂變后，平均可放出產(chǎn)生裂變后，平均可放出2.5個中子個中子，可能實現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自持可能實現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自持 核反應(yīng)堆內(nèi)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自續(xù)進行的條件可以方便地用有效增殖系核反應(yīng)堆內(nèi)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自續(xù)進行的條件可以方便地用有效增殖系數(shù)數(shù)K有效有效來表示，來表示， K有效有效=(系統(tǒng)內(nèi)中子的系統(tǒng)內(nèi)中子的產(chǎn)生率產(chǎn)生率)/(系統(tǒng)內(nèi)中子的系統(tǒng)內(nèi)中子的消失率消失率) 系統(tǒng)內(nèi)中子的消失率系統(tǒng)內(nèi)中子的消失率=系統(tǒng)內(nèi)中子的吸收率系統(tǒng)內(nèi)中子的吸收率+泄漏率泄漏率 鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆的臨界條件是臨界條件是K有效有效=1

21、核反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)時堆芯部的大小稱為臨界尺寸或臨界體核反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)時堆芯部的大小稱為臨界尺寸或臨界體積；所裝載的和燃料量叫做積；所裝載的和燃料量叫做臨界質(zhì)量臨界質(zhì)量。 K有效有效與堆芯材料、尺寸和形狀有關(guān)與堆芯材料、尺寸和形狀有關(guān) 中子循環(huán)中子循環(huán)：裂變中子經(jīng)過慢化成為熱中子、熱中子擊中核燃料：裂變中子經(jīng)過慢化成為熱中子、熱中子擊中核燃料引發(fā)裂變又放出裂變中子這一不斷循環(huán)的過程，包括快中子倍引發(fā)裂變又放出裂變中子這一不斷循環(huán)的過程，包括快中子倍增過程、部分裂變中子由于能量高，可引起一些增過程、部分裂變中子由于能量高，可引起一些U8裂變；部裂變；部分共振吸收，部分逃脫共振吸收被慢化成熱中

22、子，熱中子被各分共振吸收，部分逃脫共振吸收被慢化成熱中子，熱中子被各種堆芯材料吸收，被核燃料吸收的大部分要引起裂變；種堆芯材料吸收，被核燃料吸收的大部分要引起裂變；浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部中子核反應(yīng)反應(yīng)性控制反應(yīng)堆運行過程中，由于燃料消耗和裂變產(chǎn)物的不斷積累，反應(yīng)性就不反應(yīng)堆運行過程中，由于燃料消耗和裂變產(chǎn)物的不斷積累，反應(yīng)性就不斷減弱，此外，功率變化也會引起反應(yīng)型變化，所以反應(yīng)堆實際的初始斷減弱，此外，功率變化也會引起反應(yīng)型變化，所以反應(yīng)堆實際的初始裝載量必須比維持臨界所需量大，使得反應(yīng)堆壽命初期具有足夠的剩余裝載量必須比維持臨界所需量大，使得反應(yīng)堆壽

23、命初期具有足夠的剩余反應(yīng)性，以便在反應(yīng)堆運行時補償上述效應(yīng)引起的反應(yīng)性損失，因此必反應(yīng)性，以便在反應(yīng)堆運行時補償上述效應(yīng)引起的反應(yīng)性損失，因此必須引入負(fù)反應(yīng)性，可以用以補償長期運行所需的剩余反應(yīng)性，也可以調(diào)須引入負(fù)反應(yīng)性，可以用以補償長期運行所需的剩余反應(yīng)性，也可以調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率以及作為停堆的控制手段。節(jié)反應(yīng)堆功率以及作為停堆的控制手段。三種反應(yīng)性控制：三種反應(yīng)性控制：1。緊急停堆控制。緊急停堆控制 異常狀況時使反應(yīng)堆停閉異常狀況時使反應(yīng)堆停閉2。功率控制。功率控制 按照要求補償負(fù)荷變化、溫度變化、功按照要求補償負(fù)荷變化、溫度變化、功率變更引起的反應(yīng)變化率變更引起的反應(yīng)變化 3。補償控制。補償

24、控制 控制補償燃耗、裂變產(chǎn)物積累所需的剩余控制補償燃耗、裂變產(chǎn)物積累所需的剩余反應(yīng)性。反應(yīng)性。浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部中子核反應(yīng)反應(yīng)性控制 反應(yīng)性控制的控制元件：控制棒：補償棒、調(diào)節(jié)棒、安全棒 用于吸收中子，控制反應(yīng)性（鎘、銦、硼）可燃毒物：初始加載燃料時加載用于吸收中子，補償剩余反應(yīng)性，比燃料更快“燒”完（硼硅酸鹽）可溶毒物：溶于冷卻劑中可吸收中子，用于進行化學(xué)補償控制。（硼酸）浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部中子核反應(yīng)反應(yīng)性控制 核燃料的消耗、轉(zhuǎn)化與增殖 達到臨界的反應(yīng)堆可以實現(xiàn)自續(xù)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，不斷釋放出裂變能。這一過程

25、也是核燃料消耗的過程 生產(chǎn)核能需要消耗核燃料，1U5裂變可釋放出200MeV的能量， 1MW的功率3.12x1016個U5核裂變，1MW的能量需要1.05gU5核裂變，實際消耗約1.23g 電功率30萬千瓦的秦山核電廠，每天消耗的U5大約1.1kg。考慮運行中U8轉(zhuǎn)換部分Pu9，實際消化U5還要少一些浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部中子核反應(yīng)反應(yīng)性控制核反應(yīng)堆內(nèi)存在大量核反應(yīng)堆內(nèi)存在大量U8，通過，通過U8對中子的俘獲，新燃料對中子的俘獲，新燃料Pu9原子核將被產(chǎn)生。如果反應(yīng)堆中新生產(chǎn)的燃料量超過了它所消原子核將被產(chǎn)生。如果反應(yīng)堆中新生產(chǎn)的燃料量超過了它所消耗的

26、核燃料，那么這種反應(yīng)堆就稱為耗的核燃料，那么這種反應(yīng)堆就稱為增殖堆增殖堆目前的商用、軍用動力堆都是采用鈾目前的商用、軍用動力堆都是采用鈾235作核燃料的。天然鈾中作核燃料的。天然鈾中大量存在的鈾大量存在的鈾238并不能作為核燃料來使用，因為熱中子不能使并不能作為核燃料來使用，因為熱中子不能使其裂變?？熘凶与m然能引起鈾其裂變?？熘凶与m然能引起鈾238核裂變，但裂變截面太小。幸核裂變，但裂變截面太小。幸好，鈾好，鈾238俘獲中子后可以變成易裂變同位素钚俘獲中子后可以變成易裂變同位素钚239。反應(yīng)堆。反應(yīng)堆內(nèi)的強中子場為鈾內(nèi)的強中子場為鈾238轉(zhuǎn)換成核燃料提供了良好條件。轉(zhuǎn)換成核燃料提供了良好條件。

27、為了描述各類反應(yīng)堆在核燃料轉(zhuǎn)換方面的能力，引入一個稱為了描述各類反應(yīng)堆在核燃料轉(zhuǎn)換方面的能力，引入一個稱為為轉(zhuǎn)化比的量轉(zhuǎn)化比的量CR=易裂變核的平均生成率易裂變核的平均生成率/易裂變核的平均消易裂變核的平均消耗率，耗率，CR1稱增殖堆，用稱增殖堆，用BR表示，表示，Pu9燃料的快堆燃料的快堆BR可達可達1.2大多數(shù)現(xiàn)代輕水堆的轉(zhuǎn)化比大多數(shù)現(xiàn)代輕水堆的轉(zhuǎn)化比 0.6，高溫氣冷堆具有較高的轉(zhuǎn)化比，高溫氣冷堆具有較高的轉(zhuǎn)化比，其其 0.8，因此有時被稱為先進轉(zhuǎn)化堆。，因此有時被稱為先進轉(zhuǎn)化堆。浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆的主要類型核反應(yīng)堆的主要類型 （1）

28、按照功能分類）按照功能分類 按用途分有三類：研究試驗研究試驗堆堆，生產(chǎn)堆生產(chǎn)堆，動力堆動力堆。 （2）按照按照中子能譜中子能譜分類分類 按照激發(fā)核燃料裂變的中子能量的高低，可將核反應(yīng)堆分為快中子堆、快中子堆、中能中子堆和熱中子堆。中能中子堆和熱中子堆。 快中子堆，裂變是由平均能量約為快中子堆，裂變是由平均能量約為0.25MeV的高能中子的高能中子引起的，引起的，堆內(nèi)堆內(nèi)不能存有中子慢化劑不能存有中子慢化劑材料材料 中能中子堆，中能中子堆，堆中存在一些慢化劑堆中存在一些慢化劑，裂變主要是由，裂變主要是由中能中子中能中子引引起的起的 熱中子堆，裂變是由平均能量約為熱中子堆，裂變是由平均能量約為0.

29、07eV的低能中子的低能中子引起的，引起的，堆內(nèi)必須有足夠的慢化劑堆內(nèi)必須有足夠的慢化劑 快中子堆和中能中子堆必須使用加濃的核燃料；天然鈾、稍加快中子堆和中能中子堆必須使用加濃的核燃料；天然鈾、稍加濃鈾燃料、濃鈾燃料、 233U，239Pu都可用作熱中子堆的核燃料都可用作熱中子堆的核燃料 世界上已建成的堆絕大多數(shù)屬于熱中子堆世界上已建成的堆絕大多數(shù)屬于熱中子堆浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆類型核反應(yīng)堆類型 （3）按照按照慢化劑慢化劑分類分類:輕水堆、重水堆、石墨慢化反應(yīng)堆等。 輕水堆，堆內(nèi)中子慢化劑材料為輕水堆，堆內(nèi)中子慢化劑材料為輕水輕水，現(xiàn)在世界上

30、大量建造的，現(xiàn)在世界上大量建造的動力堆，動力堆，PWR和和BWR都是輕水堆都是輕水堆 重水堆，堆內(nèi)中子慢化劑材料為重水堆，堆內(nèi)中子慢化劑材料為重水重水，吸收中子最少，慢化能，吸收中子最少，慢化能力卻很好，可用天然鈾（例如：力卻很好，可用天然鈾（例如：CANDU） 石墨慢化堆，世界第一批反應(yīng)堆大都采用石墨慢化堆，世界第一批反應(yīng)堆大都采用石墨石墨作慢化劑。高強作慢化劑。高強度、高密度、耐輻照、耐高溫的石墨直到今天，依然在高溫氣度、高密度、耐輻照、耐高溫的石墨直到今天，依然在高溫氣冷堆中扮演不可替代的角色冷堆中扮演不可替代的角色 輕水做慢化劑也有局限輕水做慢化劑也有局限 冷卻劑和慢化劑都是輕水，要提

31、高熱效率，必須提高冷卻劑溫度冷卻劑和慢化劑都是輕水，要提高熱效率，必須提高冷卻劑溫度和壓力（存在沸騰傳熱臨界熱流密度問題）和壓力（存在沸騰傳熱臨界熱流密度問題） 輕水對中子有較強的吸收，導(dǎo)致輕水堆必須采用加濃鈾輕水對中子有較強的吸收，導(dǎo)致輕水堆必須采用加濃鈾 輕水在中子照射下會產(chǎn)生放射性，增加堆屏蔽防護的要求輕水在中子照射下會產(chǎn)生放射性，增加堆屏蔽防護的要求浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆類型 （4）按照按照冷卻劑冷卻劑分類分類: 氣冷反應(yīng)堆包括CO2冷卻和He氣冷卻；輕水冷卻反應(yīng)堆主要包括壓水堆和沸水堆；還有重水冷卻的重水反應(yīng)堆；液態(tài)金屬冷卻的主要有鈉

32、冷、鉍冷、鋰?yán)洹U鉍合金冷卻反應(yīng)堆等。 （5）按照核燃料分類按照核燃料分類:分成天然鈾燃料堆、稍加濃鈾燃料堆、加濃鈾燃料堆幾種類型。 目前，在以發(fā)電為目的的核能動力領(lǐng)域，世界上應(yīng)用比較普遍或具有良好發(fā)展前景的，主要有壓壓水堆（水堆（PWR）、沸水堆（）、沸水堆（BWR）、重水堆）、重水堆（PHWR）、高溫氣冷堆（）、高溫氣冷堆（HTGR）和快中子堆）和快中子堆（LMFBR）等五種堆型）等五種堆型浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆類型堆型堆型 中子譜中子譜 慢化劑慢化劑 冷卻劑冷卻劑 燃料形態(tài)燃料形態(tài) 燃料富集度燃料富集度壓水堆壓水堆 熱中子熱中子 H2O

33、H2O UO2 3%左右左右沸水堆沸水堆 熱中子熱中子 H2O H2O UO2 3%左右左右重水堆重水堆 熱中子熱中子 D2O D2O UO2 天然鈾或稍加濃鈾天然鈾或稍加濃鈾高溫氣冷堆高溫氣冷堆 熱中子熱中子 石墨石墨 氦氣氦氣 （Th,U）O2或或UC 720%或或90%鈉冷快堆鈉冷快堆 快中子快中子 無無 液態(tài)鈉液態(tài)鈉 （U,Pu）O2 1520%浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部反應(yīng)堆類型 一、一、 壓水堆壓水堆 壓水堆冷卻劑入口水溫一般在壓水堆冷卻劑入口水溫一般在300 oC左右，出口左右，出口水溫水溫330 oC左右，堆內(nèi)壓力左右，堆內(nèi)壓力15.5 M

34、Pa。大亞灣和。大亞灣和秦山核電廠就是壓水堆核電廠。秦山核電廠就是壓水堆核電廠。 在壓水堆核電廠中，一回路的冷卻劑通過堆芯時在壓水堆核電廠中，一回路的冷卻劑通過堆芯時被加熱，隨后在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路被加熱，隨后在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路的水使之沸騰產(chǎn)生蒸汽。的水使之沸騰產(chǎn)生蒸汽。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部反應(yīng)堆類型壓水堆浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆類型沸水堆 二、二、 沸水堆沸水堆 冷卻劑自下而上流經(jīng)堆芯后大約有冷卻劑自下而上流經(jīng)堆芯后大約有14（重量）被變成蒸（重量）被變成蒸汽。為了得到干燥的蒸

35、汽，堆芯上方設(shè)置了汽汽。為了得到干燥的蒸汽，堆芯上方設(shè)置了汽水分離水分離器和干燥器。由于堆芯上方被它們占據(jù)，沸水堆的控制棒器和干燥器。由于堆芯上方被它們占據(jù)，沸水堆的控制棒只好從堆芯下方插入。只好從堆芯下方插入。 沸水堆的冷卻劑循環(huán)流程的特點是堆芯內(nèi)具有一個冷卻劑沸水堆的冷卻劑循環(huán)流程的特點是堆芯內(nèi)具有一個冷卻劑再循環(huán)系統(tǒng)。流經(jīng)堆芯的水僅有部分變成水蒸汽，其余的再循環(huán)系統(tǒng)。流經(jīng)堆芯的水僅有部分變成水蒸汽，其余的水必須再循環(huán)。從圓筒區(qū)的下端抽出一部分水由再循環(huán)泵水必須再循環(huán)。從圓筒區(qū)的下端抽出一部分水由再循環(huán)泵將其唧送入噴射泵。大多數(shù)沸水堆都設(shè)置兩臺再循環(huán)泵，將其唧送入噴射泵。大多數(shù)沸水堆都設(shè)置

36、兩臺再循環(huán)泵，每臺泵通過個聯(lián)箱給每臺泵通過個聯(lián)箱給 1012臺噴射泵提供臺噴射泵提供“驅(qū)動流驅(qū)動流”，帶動其余的水進行再循環(huán)。冷卻劑的再循環(huán)流量取決于向帶動其余的水進行再循環(huán)。冷卻劑的再循環(huán)流量取決于向噴射泵注水率，后者可由再循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速來控制。噴射泵注水率，后者可由再循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速來控制。浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆類型沸水堆蒸汽給水浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆類型沸水堆浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆類型重水堆 三、重水堆三、重水堆 加拿大設(shè)計建造的加拿大設(shè)計建造的

37、CANDU堆是壓力管臥式重水堆的典型堆是壓力管臥式重水堆的典型代表。代表。54萬千瓦的皮克靈核電廠，有萬千瓦的皮克靈核電廠，有 390根壓力管，壓力根壓力管，壓力管內(nèi)總共放了管內(nèi)總共放了4680束燃料組件。每個燃料棒束內(nèi)有束燃料組件。每個燃料棒束內(nèi)有37根燃根燃料元件棒，因此這些燃料組件共由大約料元件棒，因此這些燃料組件共由大約17萬根燃料元件棒萬根燃料元件棒組成。壓力管內(nèi)冷卻燃料組件用的高壓重水，壓力為組成。壓力管內(nèi)冷卻燃料組件用的高壓重水，壓力為100個大氣壓，溫度個大氣壓，溫度300C。外套排管與重水排管容器是焊。外套排管與重水排管容器是焊在起的，重水慢化劑不加壓，溫度約在起的，重水慢化

38、劑不加壓，溫度約70C。裂變產(chǎn)生。裂變產(chǎn)生的中子在壓力管內(nèi)得不到充分慢化，主要在排管外慢化。的中子在壓力管內(nèi)得不到充分慢化，主要在排管外慢化。將慢化劑保持低溫，除了可以避免高壓，還可以減少鈾將慢化劑保持低溫，除了可以避免高壓，還可以減少鈾238對中子的共振吸收，有利于實現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。對中子的共振吸收，有利于實現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。 重水堆核電廠動力循環(huán)系統(tǒng)與壓水堆核電廠相似。重水堆核電廠動力循環(huán)系統(tǒng)與壓水堆核電廠相似。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部CANDU 重水堆核電廠重水堆核電廠QHQCW浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部反應(yīng)堆類型 四

39、、高溫氣冷堆四、高溫氣冷堆 高溫氣冷堆的核燃料是富集度為高溫氣冷堆的核燃料是富集度為90以上（也有的高溫氣冷堆采用中、低以上（也有的高溫氣冷堆采用中、低富集度）的二氧化鈾或碳化鈾（見圖富集度）的二氧化鈾或碳化鈾（見圖1-14高溫氣冷堆燃料元件）。首先將高溫氣冷堆燃料元件）。首先將二氧化鈾或碳化鈾制成直徑小于一毫米的小球，其外部包裹著熱解碳涂層二氧化鈾或碳化鈾制成直徑小于一毫米的小球，其外部包裹著熱解碳涂層和碳化硅涂層。將這種包敷顆粒燃料與石墨粉基體均勻混合之后，外面再和碳化硅涂層。將這種包敷顆粒燃料與石墨粉基體均勻混合之后，外面再包一些石墨粉，經(jīng)復(fù)雜的工藝加工制成直徑達包一些石墨粉，經(jīng)復(fù)雜的工

40、藝加工制成直徑達60毫米的球形燃料元件。由毫米的球形燃料元件。由于每顆包敷顆粒燃料小球有多層包殼，而且包敷顆粒燃料小球間有石墨包于每顆包敷顆粒燃料小球有多層包殼，而且包敷顆粒燃料小球間有石墨包圍，所以這種燃料元件在堆內(nèi)幾乎不會破裂。圍，所以這種燃料元件在堆內(nèi)幾乎不會破裂。高溫氣冷堆的冷卻劑是氦氣。球形元件重疊時，彼此間有空隙可供高溫氦高溫氣冷堆的冷卻劑是氦氣。球形元件重疊時，彼此間有空隙可供高溫氦氣流過。在氦循環(huán)風(fēng)機的驅(qū)動下，氦氣不斷通過堆芯將裂變熱帶出，進行氣流過。在氦循環(huán)風(fēng)機的驅(qū)動下，氦氣不斷通過堆芯將裂變熱帶出，進行閉式循環(huán)。氦氣的壓力一般為閉式循環(huán)。氦氣的壓力一般為4-9MPa。浙江省

41、火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部反應(yīng)堆類型反應(yīng)堆類型浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部高溫氣冷堆高溫氣冷堆氦氣輪機直接發(fā)電系統(tǒng)圖氦氣輪機直接發(fā)電系統(tǒng)圖浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部高溫氣冷堆反高溫氣冷堆反應(yīng)堆本體應(yīng)堆本體浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部反應(yīng)堆類型快中子堆 快中子堆快中子堆 快中子反應(yīng)堆，簡稱快堆，是堆芯中核燃料裂變反應(yīng)主要快中子反應(yīng)堆，簡稱快堆，是堆芯中核燃料裂變反應(yīng)主要由平均能量為由平均能量為0.1Mev以上的快中子引起的反應(yīng)堆。以上的快中子引起的反應(yīng)堆。

42、 快中子堆一般采用氧化鈾和氧化钚混合燃料（或采用碳化快中子堆一般采用氧化鈾和氧化钚混合燃料（或采用碳化鈾鈾-碳化钚混合物），將二氧化鈾與二氧化钚混合燃料加碳化钚混合物），將二氧化鈾與二氧化钚混合燃料加工成圓柱狀芯塊，裝入到直徑約為工成圓柱狀芯塊，裝入到直徑約為6毫米的不銹鋼包殼內(nèi)，毫米的不銹鋼包殼內(nèi)，構(gòu)成燃料元件細(xì)棒。燃料組件是由多達幾十到幾百根燃料構(gòu)成燃料元件細(xì)棒。燃料組件是由多達幾十到幾百根燃料元件細(xì)棒組合排列成六角形的燃料盒。元件細(xì)棒組合排列成六角形的燃料盒。 鈉冷快堆用金屬鈉作為冷卻劑。鈉冷快堆用金屬鈉作為冷卻劑。 快堆堆芯與一般的熱中子堆堆芯不同，它分為燃料區(qū)和增快堆堆芯與一般的熱中

43、子堆堆芯不同，它分為燃料區(qū)和增殖再生區(qū)兩部分殖再生區(qū)兩部分浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部快中子反應(yīng)堆浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部快中子反應(yīng)堆浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆的本體結(jié)構(gòu)核反應(yīng)堆的本體結(jié)構(gòu) 與核電廠系統(tǒng)設(shè)備與核電廠系統(tǒng)設(shè)備 壓水堆核電廠壓水堆核電廠主要由核島核島和常規(guī)島常規(guī)島組成。 核島核島 壓水堆核電廠核島中的四大部件是堆芯、蒸汽發(fā)生器（簡壓水堆核電廠核島中的四大部件是堆芯、蒸汽發(fā)生器（簡稱蒸發(fā)器）、穩(wěn)壓器和主泵。稱蒸發(fā)器）、穩(wěn)壓器和主泵。 核島中核島中主要有壓水堆本體、

44、一回路系統(tǒng)，以及為支持一回壓水堆本體、一回路系統(tǒng)，以及為支持一回路系統(tǒng)正常運行和保證反應(yīng)堆安全而設(shè)置的輔助系統(tǒng)。路系統(tǒng)正常運行和保證反應(yīng)堆安全而設(shè)置的輔助系統(tǒng)。 常規(guī)島常規(guī)島 常規(guī)島常規(guī)島主要包括汽輪機組及二回路等系統(tǒng)，其形式與常規(guī)火電廠類似。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆的本體結(jié)構(gòu)核反應(yīng)堆的本體結(jié)構(gòu) 與核電廠系統(tǒng)設(shè)備與核電廠系統(tǒng)設(shè)備核反應(yīng)堆芯核反應(yīng)堆芯內(nèi)進行可控鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)過程中，核能轉(zhuǎn)化為熱能內(nèi)進行可控鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)過程中，核能轉(zhuǎn)化為熱能一回路系統(tǒng)一回路系統(tǒng)是將反應(yīng)堆內(nèi)核裂變能量的導(dǎo)出、交換、轉(zhuǎn)移。是將反應(yīng)堆內(nèi)核裂變能量的導(dǎo)出、交換、轉(zhuǎn)移?；瘜W(xué)和容

45、積控制系統(tǒng)化學(xué)和容積控制系統(tǒng)、主循環(huán)泵軸密封系統(tǒng)保證反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)、主循環(huán)泵軸密封系統(tǒng)保證反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)正常運行的系統(tǒng)；正常運行的系統(tǒng)；為核電廠一回路系統(tǒng)在運行和停堆時提供必要冷卻的系統(tǒng)有：為核電廠一回路系統(tǒng)在運行和停堆時提供必要冷卻的系統(tǒng)有：設(shè)備設(shè)備冷卻水系統(tǒng)冷卻水系統(tǒng)、停堆冷卻系統(tǒng)停堆冷卻系統(tǒng)在發(fā)生重大失水事故時保證核電廠反應(yīng)堆和主廠房安全的系統(tǒng)有：在發(fā)生重大失水事故時保證核電廠反應(yīng)堆和主廠房安全的系統(tǒng)有：安全注射系統(tǒng)安全注射系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)安全殼噴淋系統(tǒng)控制和處理放射性物質(zhì)，減少對自然環(huán)境放射性排放的系統(tǒng)有：控制和處理放射性物質(zhì)，減少對自然環(huán)境放射性排放的系統(tǒng)有：疏疏排水系統(tǒng)排水

46、系統(tǒng)、放射性廢液處理系統(tǒng)放射性廢液處理系統(tǒng)、廢氣凈化處理系統(tǒng)廢氣凈化處理系統(tǒng)、硼回收系統(tǒng)硼回收系統(tǒng)、取樣分析系統(tǒng)取樣分析系統(tǒng)一回路其他輔助系統(tǒng)：補給水系統(tǒng)、一回路其他輔助系統(tǒng)：補給水系統(tǒng)、乏燃料冷卻及凈化去污清洗系乏燃料冷卻及凈化去污清洗系統(tǒng)統(tǒng)浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部AP1000核島主要工藝系統(tǒng)核島主要工藝系統(tǒng)1.反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)一反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)一RCS 2.非能動堆芯冷卻系統(tǒng)一非能動堆芯冷卻系統(tǒng)一PXS3.非能動安全殼冷卻系統(tǒng)一非能動安全殼冷卻系統(tǒng)一PCS 4.化學(xué)容積控制系統(tǒng)一化學(xué)容積控制系統(tǒng)一CVS5.正常余熱排出系統(tǒng)一正常余熱排出系統(tǒng)一RXS 6.

47、6.設(shè)冷水系統(tǒng)一設(shè)冷水系統(tǒng)一CCSCCS，7.7.蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)一蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)一BDSBDS， 8.8.乏燃料池冷卻系統(tǒng)一乏燃料池冷卻系統(tǒng)一SFSSFS，9.9.一回路取樣系統(tǒng)一一回路取樣系統(tǒng)一PSSPSS， 10.10.液體廢物系統(tǒng)一液體廢物系統(tǒng)一WLSWLS，11.11.裝換料系統(tǒng)一裝換料系統(tǒng)一FHS FHS 12. 12.蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)一蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)一SGS SGS 13 .13 .主給水和啟動給水系統(tǒng)一主給水和啟動給水系統(tǒng)一FWSFWS 14 . 14 .安全殼系統(tǒng)一安全殼系統(tǒng)一CNSCNS15 .15 .安全殼泄漏率試驗系統(tǒng)一安全殼泄漏率試驗系統(tǒng)一VUS VUS 16 .

48、 16 .安全殼再循環(huán)冷卻系統(tǒng)一安全殼再循環(huán)冷卻系統(tǒng)一VCSVCS17 .17 .安全殼氫氣控制系統(tǒng)安全殼氫氣控制系統(tǒng)等等27272828個工藝系統(tǒng)個工藝系統(tǒng)浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部圖圖1-21 壓水堆壓力壓水堆壓力容器內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖容器內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖1234567891011121330292827262524232221201918171615141吊裝耳環(huán)2封頭3上支撐板4內(nèi)部支撐凸緣5堆芯吊籃6上支撐柱7進口接管8堆芯上柵格板9圍板10進出孔11堆芯下柵格板12徑向支撐件13底部支撐板

49、14儀表管15堆芯支撐柱16流量混合板17熱屏蔽18燃料組件19壓力容器20圍板徑向支撐21出口接管22控制棒束23控制棒驅(qū)動桿24控制棒導(dǎo)向管25定位銷26夾緊彈簧27控制棒套管28隔熱套筒29儀表引線管30控制棒驅(qū)動機構(gòu)浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部反應(yīng)堆本體結(jié)構(gòu)浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部反應(yīng)堆壓力容器 反應(yīng)堆壓力容器反應(yīng)堆壓力容器 筒體內(nèi)徑筒體內(nèi)徑3990mm，法蘭外徑，法蘭外徑4780mm，不銹鋼堆，不銹鋼堆焊層高度焊層高度5.59mm,筒體壁厚筒體壁厚203mm,總高總高12200mm，其，其基本特征是：基本特征

50、是：反應(yīng)堆壓力容器屬于安全反應(yīng)堆壓力容器屬于安全A級、抗震級、抗震I類設(shè)備；類設(shè)備； 設(shè)計壓力：設(shè)計壓力：17 MPa 設(shè)計溫度：設(shè)計溫度： 3430C 設(shè)計壽命：設(shè)計壽命：60年年 四個進口（四個進口（4560mm）、二個出口（）、二個出口（2787mm）和二個安注（和二個安注（2219mm），分別處在三個橫截面上；），分別處在三個橫截面上；浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部堆芯v 堆芯是反應(yīng)堆的核心堆芯是反應(yīng)堆的核心部分，核燃料在這里部分，核燃料在這里實現(xiàn)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，實現(xiàn)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，并將核能轉(zhuǎn)

51、化為熱能。并將核能轉(zhuǎn)化為熱能。此外，堆芯又是強放此外，堆芯又是強放射源。射源。v 壓水堆堆芯由壓水堆堆芯由核燃料核燃料組件組件、控制棒組件控制棒組件、固體可燃毒物組件固體可燃毒物組件、阻力塞組件阻力塞組件以及以及中子中子源組件源組件等組成。等組成。浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部燃料組件 燃料芯塊 燃料棒 燃料組件浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部燃料組件 密封的燃料芯塊和燃料元件包殼構(gòu)成了包容放射性物質(zhì)的第一道安全密封的燃料芯塊和燃料元件包殼構(gòu)成了包容放射性物質(zhì)的第一道安全屏障屏障。高溫?zé)Y(jié)的圓柱形二氧化鈾陶瓷燃料塊，直徑約高溫?zé)?/p>

52、結(jié)的圓柱形二氧化鈾陶瓷燃料塊，直徑約8毫米，高毫米，高13毫米，毫米，稱之為燃料芯塊。稱之為燃料芯塊。燃料芯塊中鈾燃料芯塊中鈾-235的富集度約的富集度約3，個一個地重疊著放在外徑約，個一個地重疊著放在外徑約9.5毫米，厚約毫米，厚約0.57毫米的鋯毫米的鋯-4合金管內(nèi)。合金管內(nèi)。這種鋯合金管稱為燃料元件包殼。鋯管兩端有端塞，燃料芯塊完全封這種鋯合金管稱為燃料元件包殼。鋯管兩端有端塞，燃料芯塊完全封閉在鋯合金管內(nèi)，構(gòu)成高度為閉在鋯合金管內(nèi)，構(gòu)成高度為3米多細(xì)而長的燃料元件米多細(xì)而長的燃料元件。這些燃料元件用定位格架定位，組成所謂的燃料組件見圖這些燃料元件用定位格架定位，組成所謂的燃料組件見圖1

53、-20。一般一般是將燃料元件排列成是將燃料元件排列成1717的組件，的組件，其正方形橫截面邊長約其正方形橫截面邊長約20厘米。厘米。加上端部構(gòu)件，整個燃料組件長約加上端部構(gòu)件，整個燃料組件長約4米。燃料組件外面不加裝方形盒，米。燃料組件外面不加裝方形盒，即所謂開式柵格，以利于冷卻劑的橫向流動。即所謂開式柵格，以利于冷卻劑的橫向流動。浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部燃料組件堆芯含有堆芯含有157157根機械結(jié)構(gòu)根機械結(jié)構(gòu)相同的燃料組件（圖相同的燃料組件（圖2 27 7），及其相應(yīng)的控制和），及其相應(yīng)的控制和結(jié)構(gòu)元件。結(jié)構(gòu)元件。燃料組件的富集度范圍燃料組件的富集度范

54、圍是是2.35%-4.8%2.35%-4.8%。AP1000AP1000使用使用1414英寸活性長度的英寸活性長度的燃料組成燃料組成17171717正方形正方形陣列。陣列。一個燃料組件中的燃料一個燃料組件中的燃料棒總數(shù)是棒總數(shù)是264264根。燃料組根。燃料組件中間位置有供堆芯用件中間位置有供堆芯用儀器使用的導(dǎo)套管。燃儀器使用的導(dǎo)套管。燃料組件剩余的料組件剩余的2424個位置個位置裝有導(dǎo)套管。裝有導(dǎo)套管。這些導(dǎo)套管連接燃料組這些導(dǎo)套管連接燃料組件的上面和下面管嘴并件的上面和下面管嘴并且用來作為燃料格架的且用來作為燃料格架的提供支撐提供支撐浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核

55、電項目部控制棒組件 控制棒群組件分為兩種：控制棒群組件分為兩種：控制和停堆控制和停堆。 控制棒組是用來補償在運行工況下由功率和溫度變化控制棒組是用來補償在運行工況下由功率和溫度變化而引起的反應(yīng)性。而引起的反應(yīng)性。 控制棒控制棒滿足兩個核級設(shè)計準(zhǔn)則。滿足兩個核級設(shè)計準(zhǔn)則。 首先，總的反應(yīng)性價值必須滿足反應(yīng)堆的要求。首先，總的反應(yīng)性價值必須滿足反應(yīng)堆的要求。 其次，實際上，在運行工況下這些棒可能是部分的插入，總的其次，實際上，在運行工況下這些棒可能是部分的插入，總的功率峰因子最低應(yīng)該確保功率能力。功率峰因子最低應(yīng)該確保功率能力。停堆棒停堆棒用于反應(yīng)堆停堆，又叫用于反應(yīng)堆停堆，又叫黑棒黑棒 控制棒（

56、控制棒（control rod)和停堆棒和停堆棒(shutdown rod)應(yīng)該提供足夠的停堆裕量應(yīng)該提供足夠的停堆裕量。浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部控制棒控制棒 Control Rods 灰棒灰棒 Gray Rods 灰棒在結(jié)構(gòu)上與控制棒非常相似在結(jié)構(gòu)上與控制棒非常相似, ,也有也有2424根灰棒連接在中根灰棒連接在中心軸處，但是心軸處，但是2424根棒中的根棒中的1212根灰棒是不銹鋼制成的，剩余根灰棒是不銹鋼制成的，剩余的的1212根灰棒作為棒控組件，里面有直徑較小的銀根灰棒作為棒控組件，里面有直徑較小的銀- -銦銦- -鉻合鉻合金吸收體材料，其包殼是

57、不銹鋼。金吸收體材料，其包殼是不銹鋼。 灰棒這一術(shù)語指的是相對于由灰棒這一術(shù)語指的是相對于由2424根銀根銀- -銦銦- -鉻棒組成的控制鉻棒組成的控制棒組而言，降低了反應(yīng)性價值。棒組而言，降低了反應(yīng)性價值。 灰棒用于負(fù)荷跟蹤和提供機械補償來代替使用化學(xué)補償灰棒用于負(fù)荷跟蹤和提供機械補償來代替使用化學(xué)補償（硼）。在堆芯中有（硼）。在堆芯中有1616組灰棒組件。組灰棒組件。 灰棒組件是用于負(fù)荷跟蹤和提供機械補償來代替用改變可灰棒組件是用于負(fù)荷跟蹤和提供機械補償來代替用改變可溶硼濃度的方法，也就是化學(xué)補償，一般使用灰棒就是為溶硼濃度的方法，也就是化學(xué)補償，一般使用灰棒就是為了這個目的。了這個目的。

58、 AP1000AP1000使用了使用了5353組控制棒組件和組控制棒組件和1616組灰棒組件組灰棒組件浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部核反應(yīng)堆中子源組件反應(yīng)堆初始啟動時，中子源提供足夠的中子增殖，分為初級中子源和次級中子源。可燃毒物組件 由環(huán)狀薄壁的氧化鋁芯塊組成，芯塊中包含由碳化硼形式存在的10B材料。浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部壓水堆三道安全屏障壓水堆三道安全屏障浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部一回路冷卻劑系統(tǒng)和設(shè)備一回路冷卻劑系統(tǒng)和設(shè)備 壓力容器、蒸汽發(fā)生器、主循環(huán)泵、穩(wěn)壓壓力容器、蒸汽發(fā)

59、生器、主循環(huán)泵、穩(wěn)壓器及相關(guān)管路的整個冷卻劑系統(tǒng)，有其特器及相關(guān)管路的整個冷卻劑系統(tǒng)，有其特定的壓力邊界，稱為一回路壓力邊界定的壓力邊界，稱為一回路壓力邊界。 該壓力邊界構(gòu)成了包容放射性物質(zhì)的第二該壓力邊界構(gòu)成了包容放射性物質(zhì)的第二道安全屏障道安全屏障。 浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部一回路系統(tǒng)反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng) AP1000反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)用以在包括停堆與事反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)用以在包括停堆與事故在內(nèi)的所有運行模式下有效移出反應(yīng)堆熱量故在內(nèi)的所有運行模式下有效移出反應(yīng)堆熱量; 主回路系統(tǒng)由主回路系統(tǒng)由2個環(huán)路個環(huán)路組成，每個環(huán)路由組成，每個環(huán)路由1臺臺蒸汽蒸汽發(fā)生器

60、發(fā)生器、1條條熱段主管道熱段主管道、2個個冷段主管道冷段主管道和和2臺臺主泵主泵組成，另有組成，另有1臺臺穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器連接到其中的一個環(huán)連接到其中的一個環(huán)路的熱管段。形成獨特的路的熱管段。形成獨特的“四進二出四進二出”環(huán)路布置。環(huán)路布置。 AP1000 蒸汽發(fā)生器為立式、倒蒸汽發(fā)生器為立式、倒U形管型，型號形管型，型號125，是，是75 的增容型。的增容型。 主泵采用無軸封泄漏的屏蔽泵，入口直接焊接在主泵采用無軸封泄漏的屏蔽泵，入口直接焊接在蒸汽發(fā)生器底部，出口連接到冷段主管道上。蒸汽發(fā)生器底部，出口連接到冷段主管道上。浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部浙江省火電建設(shè)公司三門核電項目部RCS系統(tǒng)