核電化學導論

1、核電化學導論 課程匯報匯報人：左羨第學號錄壓水堆核電站天然放射性元素核電站概況1of181.核電站概況2of18 核電站是利用一座或若干座動力反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動力設(shè)施，其核心是核反應(yīng)堆，鏈式裂變反應(yīng)就在其中進行。將原子核裂變釋放的核能轉(zhuǎn)換成熱能，再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿南到y(tǒng)和設(shè)施，通常稱為核電廠。 20世紀50年至60年代初，蘇聯(lián)、美國等建造了第一批單機容量在300MWe左右的核電站。第一代20世紀60年代末至70年代世界上建造了大批單機容量在600到1400MWe的標準化和系列化核電站，以美國西屋公司為代表的Model 212。世界上技術(shù)比較成熟、可以據(jù)

2、以建造第三代核電機組的設(shè)計，主要有美國的AP1000(壓水堆)，以及歐洲EPR(壓水堆)等型號。第四代核能方案的安全性和經(jīng)濟性將更加優(yōu)越，高溫氣冷堆，熔鹽堆，鈉冷快堆就是具有第四代特點的反應(yīng)堆。第二代第三代第四代1.1核電站發(fā)展歷程 3of181.2中國核電發(fā)展歷程1234秦山電廠一期工程是中國第一座依靠自己力量設(shè)計運行的30萬千瓦壓水堆核電站。隨后還有二期三期。大亞灣核電站1987年8月7日工程正式開工，1994年2月1日和5月6日兩臺單機容量為984MWe壓水堆反應(yīng)堆機組先后投入商業(yè)營運。田灣核電工程于1999年10月20日正式開工，單臺機組的建設(shè)工期為62個月，分別于2004年和2005

3、年建成投產(chǎn)嶺澳核電站（一期）擁有兩臺百萬千瓦級壓水堆核電機組，2003年1月全面建成投入商業(yè)運行，2004年7月16日通過國家竣工驗收2008年展開二期工程建設(shè)。4of18華龍一號：CNP1000+CPR10001.3核電站分類根據(jù)核反應(yīng)堆的不同分類壓水堆：以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規(guī)島組成沸水堆：沸水堆是以沸騰輕水為慢化劑和冷卻劑并在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)直接產(chǎn)生飽和蒸汽的動力堆重水堆：以重水堆為熱源的核電站。重水堆是以重水作慢化劑的反應(yīng)堆，可以直接利用天然鈾作為核燃料快堆：由快中子引起鏈式裂變反應(yīng)所釋放出來的熱能轉(zhuǎn)換為電能的核電站?，F(xiàn)在用的最廣泛的是壓水反應(yīng)堆。壓水堆核電廠占全世界

4、核電總?cè)萘康?0%以上。5of182.壓水堆核電站6of18 以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規(guī)島組成。壓水堆核電站核島中的四大部件是蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主泵和堆芯。常規(guī)島主要包括汽輪機組及二回等系統(tǒng)，其形式與常規(guī)火電廠類似。7of62.1壓水堆核電站一回路系統(tǒng) 一回路系統(tǒng)又稱反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)，它是核電站最重要的系統(tǒng)，也是核電站區(qū)別于其他類型電站的本質(zhì)特征。主要作用1.將堆內(nèi)產(chǎn)生的熱量載出，傳給二回路產(chǎn)生蒸汽。2.冷卻劑作為可溶化學毒物硼的載體，可以起慢化劑的作用3.系統(tǒng)的壓力邊界構(gòu)成防止裂變產(chǎn)物釋放到環(huán)境中的一道屏障4.系統(tǒng)的穩(wěn)壓器控制一回路的壓力，對一回路系統(tǒng)實行超壓保護8of18

5、2.2化學和容積控制系統(tǒng) 按照化容系統(tǒng)的功能分類，可以分為下泄管線、凈化段、上充管線及軸封水回路等四個部分。1.通過改變反應(yīng)堆冷卻劑的硼質(zhì)量分數(shù)，對堆芯進行反應(yīng)性控制2.維持穩(wěn)壓器的水位，控制一回路系統(tǒng)的水容量3.對反應(yīng)堆冷卻劑的水質(zhì)進行化學控制和凈化4.向反應(yīng)堆冷卻劑泵提供軸封水主要作用9of182.3硼和水補給系統(tǒng) 反應(yīng)堆硼和水補給系統(tǒng)是化容系統(tǒng)的支持系統(tǒng)，為化容系統(tǒng)主要功能的事先起保證作用。1.向化容系統(tǒng)中提供硼酸和除氣除鹽水，輔助化容系統(tǒng)實現(xiàn)容積控制2.為進行水質(zhì)的化學控制提供化學藥品添加設(shè)備3.為換料水存儲箱、安注系統(tǒng)的硼注入罐提供硼酸水和補水，為主泵軸封蓄水管供水。主要作用10 o

6、f183.天然放射性元素 放射性：指元素從不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地放出射線（如射線、射線等），而衰變形成穩(wěn)定的元素而停止放射（衰變產(chǎn)物）。 有的放射性物質(zhì)在地球誕生時就存在，如鈾，釷，鐳等，它們叫做天然放射性物質(zhì)，天然放射性元素儲存于地球上一切物質(zhì)中，包括巖石，水，土壤，動植物，人體本身。放射性元素在自然界有幾十種，分屬于三個系列：鈾238系（鈾系）、鈾235系（錒系）、釷232系（釷系）。11 of183.1 鈾238系（鈾系） 鈾系由238U開始，經(jīng)過14次連續(xù)衰變而到達穩(wěn)定核素206Pb。由于238U的質(zhì)量數(shù)A=238=459+2，是4的整數(shù)倍加2，該系其他核素質(zhì)量數(shù)均為4的整數(shù)倍加2，故稱

7、4n+2系。根據(jù)放射性特點分類鈾組是指在鐳以前的各個元素的統(tǒng)稱，即為238U，234Th，234Pa，234U，230Th。在鈾系中，鐳以后（包括鐳）的各元素統(tǒng)稱為鐳組，即為226Ra，222Rn，218Po，214Pb，218At，214Bi，214Po，210Tl，210Pb，210Bi，210Po，206Tl。12 of183.1.1 鐳鐳的發(fā)現(xiàn)1896年，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾鹽的放射性現(xiàn)象瑪麗居里檢驗了各種復雜的礦物放射性1898年12月，居里夫婦將元素命名為鐳從幾頓瀝青鈾礦中得到十分之一克鐳13 of18鐳的性質(zhì)與用途主要性質(zhì)鐳是銀白色金屬，熔點700，沸點低于1140 ，密度約5g/c

8、m3在空氣中迅速與氮氣和氧氣作用，生成氮化物和氧化物，與水反應(yīng)劇烈，生成氫氧化鐳和氫氣主要用途鐳能放射出和兩種射線，并生成放射性氣體氡。鐳放出的射線能破壞、殺死細胞和細菌。因此，常用來治療癌癥。鐳鹽與鈹粉的混合制劑，可作中子放射源，用來探測石油資源、巖石組成等。是原子彈的材料之一14 of183.2 鈾235系 鈾235系也稱錒系，錒系元素 是周期系B族中原子序數(shù)為89103的 15種化學元素的統(tǒng)稱。包括錒、釷、鏷、鈾、镎、钚、镅、鋦、锫、锎、锿、鐨、鍆、锘、鐒，它們都是放射性元素。特點1.它們的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、高氯酸鹽可溶于水，氫氧化物、氟化物、硫酸鹽、草酸鹽不溶于水2.衰變和自發(fā)裂

9、變是錒系元素的重要核特性，隨著原子序數(shù)的增大，半衰期依次縮短3.錒系元素的毒性和輻射（ 特別是吸入人體內(nèi)的輻射體 ）的危害較大1234鈾的發(fā)現(xiàn)1789年，德國化學家克拉普羅特從瀝青鈾礦中分離出，用1781年新發(fā)現(xiàn)的一個行星天王星命名它為uranium，元素符號定為U1841年，佩利戈特指出，克拉普羅特分離出的“鈾”，實際上是二氧化鈾。他用鉀還原四氯化鈾，成功地獲得了金屬鈾 1896年發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性衰變 1939年，哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了鈾的核裂變現(xiàn)象。3.2.1 鈾15of18鈾有15種同位素，所有鈾同位素皆不穩(wěn)定，具有微弱放射性。235U是惟一天然可裂變核素，受熱中子轟擊時吸收一個中子后發(fā)生裂變。相對原子質(zhì)量 238.0289原子半徑（計算值）：175pm核外電子排布：5f36d17s2晶體結(jié)構(gòu)：正交晶胞原子性質(zhì)性狀：銀白色金屬熔點：1132.5沸點：3745密度：18.95g/cm3電阻率：30.8X10-8*m抗拉強度：450MPa鈾的性質(zhì)物理性質(zhì)元素性質(zhì)16 of18235U是裂變核燃料(被中子轟擊后，會發(fā)生鏈式反應(yīng)，釋放巨大的原子能 )，核電站用途鈾的