核反應(yīng)堆原理

1、核反應(yīng)堆原理原子由原子核與核外電子組成。原子核由質(zhì)子與中子組成。當(dāng)鈾235的原子核受到外來(lái)中子轟擊時(shí)，一個(gè)原子核會(huì)吸收一個(gè)中子分裂成兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核，同時(shí)放出23個(gè)中子。這裂變產(chǎn)生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變。如此持續(xù)進(jìn)行就是裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生大量熱能。用循環(huán)水(或其他物質(zhì))帶走熱量才能避免反應(yīng)堆因過(guò)熱燒毀。導(dǎo)出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動(dòng)氣輪機(jī)發(fā)電。由此可知，核反應(yīng)堆最基本的組成是裂變?cè)雍藷彷d體。但是只有這兩項(xiàng)是不能工作的。因?yàn)?，高速中子?huì)大量飛散，這就需要使中子減速增加與原子核碰撞的機(jī)會(huì)；核反應(yīng)堆要依人的意愿決定工作狀態(tài)，這就要有控制設(shè)施；鈾及裂變產(chǎn)物

2、都有強(qiáng)放射性，會(huì)對(duì)人造成傷害，因此必須有可靠的防護(hù)措施。綜上所述，核反應(yīng)堆的合理結(jié)構(gòu)應(yīng)該是：核燃料慢化劑熱載體控制設(shè)施防護(hù)裝置。 還需要說(shuō)明的是，鈾礦石不能直接做核燃料。鈾礦石要經(jīng)過(guò)精選、碾碎、酸浸、濃縮等程序，制成有一定鈾含量、一定幾何形狀的鈾棒才能參與反應(yīng)堆工作。 熱堆的概念： 中子打入鈾235的原于核以后，原子核就變得不穩(wěn)定，會(huì)分裂成兩個(gè)較小質(zhì)量的新原子核，這是核的裂變反應(yīng)，放出的能量叫裂變能；產(chǎn)生巨大能量的同時(shí)，還會(huì)放出23個(gè)中子和其它射線。 這些中子再打入別的鈾235核，引起新的核裂變，新的裂變又產(chǎn)生新的中子和裂變能，如此不斷持續(xù)下去，就形成了鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 利用原子核反應(yīng)原理建造的反應(yīng)堆

3、需將裂變時(shí)釋放出的中子減速后，再引起新的核裂變，由于中子的運(yùn)動(dòng)速度與分子的熱運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡狀態(tài)，這種中子被稱為熱中子。堆內(nèi)主要由熱中子引起裂變的反應(yīng)堆叫做熱中子反應(yīng)堆（簡(jiǎn)稱熱堆）。 熱中子反應(yīng)堆，它是用慢化劑把快中子速度降低，使之成為熱中子（或稱慢中子），再利用熱中子來(lái)進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置。由于熱中子更容易引起鈾235等裂變，這樣，用少量裂變物質(zhì)就可獲得鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。慢化劑是一些含輕元素而又吸收中子少的物質(zhì)，如重水、鈹、石墨、水等。熱中子堆一般都是把燃料元件有規(guī)則地排列在慢化劑中，組成堆芯。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就是在堆芯中進(jìn)行的。 反應(yīng)堆必須用冷卻劑把裂變能帶出堆芯。冷卻劑也是吸收中子很少的物質(zhì)。熱中子堆

4、最常用的冷卻劑是輕水（普通水）、重水、二氧化碳和氦氣。 核電站的內(nèi)部它通常由一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)組成。反應(yīng)堆是核電站的核心。反應(yīng)堆工作時(shí)放出的熱能，由一回路系統(tǒng)的冷卻劑帶出，用以產(chǎn)生蒸汽。因此，整個(gè)一回路系統(tǒng)被稱為“核供汽系統(tǒng)”，它相當(dāng)于火電廠的鍋爐系統(tǒng)。為了確保安全，整個(gè)一回路系統(tǒng)裝在一個(gè)被稱為安全殼的密閉廠房?jī)?nèi)，這樣，無(wú)論在正常運(yùn)行或發(fā)生事故時(shí)都不會(huì)影響安全。由蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電的二回路系統(tǒng)，與火電廠的汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)基本相同。 輕水堆壓水堆電站 自從核電站問(wèn)世以來(lái)，在工業(yè)上成熟的發(fā)電堆主要有以下三種：輕水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它們相應(yīng)地被用到三種不同的核電站中，形成了現(xiàn)代核發(fā)

5、電的主體。 目前，熱中子堆中的大多數(shù)是用輕水慢化和冷卻的所謂輕水堆。輕水堆又分為壓水堆和沸水堆。壓水堆核電站 壓水堆核電站的一回路系統(tǒng)與二回路系統(tǒng)完全隔開(kāi)，它是一個(gè)密閉的循環(huán)系統(tǒng)。該核電站的原理流程為：主泵將高壓冷卻劑送入反應(yīng)堆，一般冷卻劑保持在120160個(gè)大氣壓。在高壓情況下，冷卻劑的溫度即使300多也不會(huì)汽化。冷卻劑把核燃料放出的熱能帶出反應(yīng)堆，并進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，通過(guò)數(shù)以千計(jì)的傳熱管，把熱量傳給管外的二回路水，使水沸騰產(chǎn)生蒸汽；冷卻劑流經(jīng)蒸汽發(fā)生器后，再由主泵送入反應(yīng)堆，這樣來(lái)回循環(huán)，不斷地把反應(yīng)堆中的熱量帶出并轉(zhuǎn)換產(chǎn)生蒸汽。從蒸汽發(fā)生器出來(lái)的高溫高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。做過(guò)功的

6、廢汽在冷凝器中凝結(jié)成水，再由凝結(jié)給水泵送入加熱器，重新加熱后送回蒸汽發(fā)生器。這就是二回路循環(huán)系統(tǒng)。 壓水堆由壓力容器和堆芯兩部分組成。壓力容器是一個(gè)密封的、又厚又重的、高達(dá)數(shù)十米的圓筒形大鋼殼，所用的鋼材耐高溫高壓、耐腐蝕，用來(lái)推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的高溫高壓蒸汽就在這里產(chǎn)生的。在容器的頂部設(shè)置有控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以驅(qū)動(dòng)控制棒在堆芯內(nèi)上下移動(dòng)。 堆芯是反應(yīng)堆的心臟，裝在壓力容器中間。它是燃料組件構(gòu)成的。正如鍋爐燒的煤塊一樣，燃料芯塊是核電站“原子鍋爐”燃燒的基本單元。這種芯塊是由二氧化鈾燒結(jié)而成的，含有24%的鈾235，呈小圓柱形，直徑為9.3毫米。把這種芯塊裝在兩端密封的鋯合金包殼管中，成為一根長(zhǎng)約

7、4米、直徑約10毫米的燃料元件棒。把 200多根燃料棒按正方形排列，用定位格架固定，組成燃料組件。每個(gè)堆芯一般由121個(gè)到193個(gè)組件組成。這樣，一座壓水堆所需燃料棒幾萬(wàn)根，二氧化鈾芯塊1千多萬(wàn)塊堆芯。此外，這種反應(yīng)堆的堆芯還有控制棒和含硼的冷卻水（冷卻劑）。控制棒用銀銦鎘材料制成，外面套有不銹鋼包殼，可以吸收反應(yīng)堆中的中子，它的粗細(xì)與燃料棒差不多。把多根控制棒組成棒束型，用來(lái)控制反應(yīng)堆核反應(yīng)的快慢。如果反應(yīng)堆發(fā)生故障，立即把足夠多的控制棒插入堆芯，在很短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)堆就會(huì)停止工作，這就保證了反應(yīng)堆運(yùn)行的安全。 輕水堆 沸水堆電站 沸水堆核電站 沸水堆核電站工作流程是：冷卻劑（水）從堆芯下部流進(jìn)，在沿堆芯上升的過(guò)程中，從燃料棒那里得到了熱量，使冷卻劑變成了蒸汽和水的混合物，經(jīng)過(guò)汽水分離器和蒸汽干燥器，將分離出的蒸汽來(lái)推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。 沸水堆是由壓力容器及其中間的燃料元件、十字形控制棒和汽水分離器等組成。汽水分離器在堆芯的上部，它的作用是把蒸汽和水滴分開(kāi)、防止水進(jìn)入汽輪機(jī)，造成汽輪機(jī)葉片損壞。沸水堆所用的燃料和燃料組件與壓水堆相同。沸騰水既作慢化劑又作冷卻劑。 沸水堆與壓水堆不同之處在于