核電發(fā)電技術(shù)

核電技術(shù)烏拉特前旗專業(yè)中專王建提綱一、闡述了世界和國內(nèi)能源的概況和發(fā)展趨勢。二、介紹了核反應(yīng)的規(guī)律，通過對中子與物質(zhì)反應(yīng)規(guī)律的研究，了解核裂變反應(yīng)的過程。三、介紹了核電站的幾大類型，可以使人們對核電站有進(jìn)一步了解。四、壓水堆核電站的主要組成部分，反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)。五、對壓水堆核電站的系統(tǒng)控制和安全保護(hù)進(jìn)行了簡要論述。第一章緒論1.新能源2.世界和我國能源現(xiàn)狀3.我國核電發(fā)展情況一、時(shí)代呼喚新能源人類與能源的關(guān)系人類生存和發(fā)展的三要素物質(zhì)、能量與信息。因此，能源的發(fā)展史直接影響人類的發(fā)展史。 1.能源發(fā)展的里程碑原始社會(huì)火的使用18世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明與利用19世紀(jì)電能的使用20世紀(jì)以核能為代表的新能源的利用2.認(rèn)識能源(1)能源分類一般分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、核能、海洋能和地?zé)崮堋Ｆ渲?，前三類統(tǒng)稱化石燃料或化石能源。已被人類認(rèn)識的這些能源，在一定條件下可以轉(zhuǎn)換為人們所需的各種形式的能量。能源的分類一次能源(天然能源）：自然界中以天然形式存在并沒有加工或轉(zhuǎn)換的能量資源，如煤炭、石油、核能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?；二次能源（人工能源）：由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換成其他種類和形式的能量資源，汽油、柴油、電力、蒸汽、熱水、氫氣、激光等人工制造的能量資源。常規(guī)能源：已被人類廣泛利用并在人類生活和生產(chǎn)中起過重要作用的能源，稱為常規(guī)能源，通常是指煤炭、石油、天然氣、水能等四種。新能源：新近才被人類開發(fā)利用、有待于進(jìn)一步研究發(fā)展的能量資源稱為新能源。相對于常規(guī)能源而言，在不同的歷史時(shí)期和科技水平情況下，新能源有不同的內(nèi)容。當(dāng)今社會(huì)，新能源通常指核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、氫氣等。?）能源的來源 在我們生活的地球上，能源形形色色?？偲饋碚f有三個(gè)初始來源。(3)能源結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)量提出問題：地球上有哪些能量資源可供我們使用？它們還能維持多久？我們該怎么辦？能源的種類一次能源：煤炭、石油、核能等自然界天然能量資源；二次能源：汽油、電力、蒸汽等人工制造的能量資源， 化學(xué)能的儲(chǔ)存量煤炭、石油、天然氣還有多少年可以讓人類開采利用？據(jù)世界能源會(huì)議統(tǒng)計(jì)，世界已探明可采煤炭儲(chǔ)量共計(jì)15980億噸，預(yù)計(jì)還可開采200年。探明可采石油儲(chǔ)量共計(jì)1211億噸，預(yù)計(jì)還可開采30～40年。探明可采天然氣儲(chǔ)量共計(jì)119萬億立方米，預(yù)計(jì)還可開采60年。必須指出的是，煤炭、石油等直接燃燒用來生產(chǎn)電能與熱能實(shí)在太可惜了，且不說可能帶來的環(huán)境污染，它們還是很好的化工原料呢！

地球能源的儲(chǔ)量估計(jì)煤炭：～200年石油、天然氣：～50年核能：無窮多

水能及新能源的潛力那么水能呢？我們知道，水力是可以長期開發(fā)利用的。但是，在那些大面積缺水、水力資源不豐富的國家和地區(qū)怎么辦？再說，水能還有個(gè)季節(jié)性的問題。這些都使水能無法成為世界能源結(jié)構(gòu)中唯一的主力軍。新能源中，太陽能雖然用之不竭，但代價(jià)太高，并且就目前的技術(shù)發(fā)展情況來看，在一代人的時(shí)間里不可能迅速發(fā)展和廣泛使用。其它新能源也是如此。其它一些能源與水能相似，它們的規(guī)模受到環(huán)境、季節(jié)、地理位置等條件的限制，如風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿鹊取?/p>

核能--無窮的能源

核能分為裂變能和聚變能兩種。目前人類能正在用于和平利用的只有裂變能。可控聚變能利用技術(shù)正在攻克。天然鈾的成份天然鈾中占99.3%為難裂變的鈾-238，僅有0.714%為易裂變的鈾-235。鈾-238可通過吸收一個(gè)中子變成易裂變的钚-239。作為發(fā)展核裂變能的主要原料之一的鈾，世界上已探明的鈾儲(chǔ)量約490萬噸，釷儲(chǔ)量約275萬噸。如果利用得好，可用2400～2800年。聚變反應(yīng)主要來源于氘-氚的核反應(yīng)，氘來可大量來自海水，氚可來自鋰。因此聚變?nèi)剂现饕请弯?，海水中氘的含量?.03克／升，據(jù)估計(jì)地球上的海水量約為138萬億米3，所以世界上氘的儲(chǔ)量約40萬億噸；地球上的鋰儲(chǔ)量雖比氘少得多，也有2000多億噸，用它來制造氚，足夠滿足人類對聚變能的需求。這些聚變?nèi)剂纤尫诺哪芰勘热澜绗F(xiàn)有能源總量放出的能量大千萬倍。按目前世界能源消費(fèi)的水平，地球上可供原子核聚變的氘和氚，能供人類使用上千億年。如果人類實(shí)現(xiàn)了氘-氚的可控核聚變，核燃料就可謂“取之不盡，用之不竭了”，人類就將從根本上解決能源問題，這正是當(dāng)前核科學(xué)家們孜孜以求的所以。聚變能源不僅豐富，而且安全、清潔。聚變產(chǎn)生的放射性比裂變小的多。專家們預(yù)測，核能在未來將成為人類取之不盡的持久能源。二、世界及我國能源儲(chǔ)量和分布1.世界能源儲(chǔ)量和分布

目前，人類使用的能源最主要是非再生能源，如石油、天然氣、煤炭和裂變核燃料約占能源總消費(fèi)量的90％左右，再生能源如水力、植物燃料等只占10％左右。

世界能源儲(chǔ)量最多是太陽能，在再生能源中占99.44％，而水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能等不?％。在非再生能源中，利用海水中的氘資源產(chǎn)生的人造太陽能（聚變核能）幾乎占100％，煤炭、石油、天然氣、裂變核燃料加起來也不足千萬分之一。所以，人類使用的能源歸根到底要依靠太陽能，太陽能是人類永恒發(fā)展的能源保證。世界能源儲(chǔ)量分布是不平衡的。石油儲(chǔ)量最多地區(qū)是中東占56.8%；天然氣和煤炭儲(chǔ)量最多是歐洲，各占54.6%和45%。亞洲大洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然氣都只有5%多一點(diǎn)。據(jù)預(yù)測，全世界石油儲(chǔ)量只夠開采30～40年，天然氣約60年，煤炭200年。2.我國能源儲(chǔ)量和分布我國有著豐富的能源資源。世界各國有的能量資源我國都有。我國煤炭資源（探明儲(chǔ)量）和水力資源均居世界第一位；石油資源占世界第十一位；天然氣資源占世界第十四位；太陽能資源居世界第二位；潮汐、地?zé)帷L(fēng)力和核燃料資源都很豐富。但人均占有量很少，只有世界平均水平的一半。我國能源資源地區(qū)分布不均衡。煤炭探明儲(chǔ)量7690億噸，主要集中在華北和西北，各占59.3%和19.2%，西南占9.6%，華東占5.8%，中南3.4％，東北2.7％。石油探明儲(chǔ)量25億噸，天然氣儲(chǔ)量3800億立米，主要分布在黑龍江、遼寧、河北、河南、山東、四川、甘肅和新疆等省區(qū)內(nèi)?？砷_發(fā)水力資源有3.78億千瓦，年發(fā)電量1.92億千瓦時(shí)，主要集中在西南，占68％，中南占15.2％，西北占10％，華東占3.6％，東北占2％，華北占1.2％。我國太陽能和風(fēng)能資源豐富，有很大利用潛力。資源有限，分布欠佳礦種單位世界中國中國/世界，%總量人均煤億t9842.111145.0011.6055.67石油億t1402.2532.742.3311.14天然氣萬億m3149.381.390.914.38煤—北方，缺水油氣—西北，輸送困難水能—西南，輸送困難負(fù)荷中心—沿海、京津唐中國能源探明儲(chǔ)量在世界上的地位需求量大,浪費(fèi)嚴(yán)重需求量大年份能源總量人均量億tce%tce%中國世界美國中/世中/美中國世界美國中/世中/美199611.412429.09.239.00.912.0510.3541.38.8200012.813130.39.842.21.012.1410.7447.29.4200213.913530.910.345.01.082.2210.9048.69.9200416.514031.511.852.41.272.2911.0055.411.6202030.019537.015.481.12.143.1012.8069.016.7203550.024342.020.6119.03.333.7414.0089.023.8能源需求預(yù)測—保守的預(yù)測，2035能源翻一番。兩種可能：經(jīng)濟(jì)發(fā)展一般；或節(jié)能效果好—大約2030年總量與美國持平，但人均值仍地低于世界人均值結(jié)構(gòu)畸形，環(huán)境惡化結(jié)構(gòu)畸形：油、氣、核奇少，煤最多—SO2排放第一（煤質(zhì)差）—CO2排放第二，2020年左右將超過美國而成第一國家或世界石油天然氣煤炭核電水電世界40.624.225.07.62.7中國23.62.565.51.56.9美國38.025.224.69.01.2俄羅斯20.853.8185.12.3法國32.417.07.343.3澳大利亞30.518.630.118.61.2日本51.013.218.016.21.6韓國54.99.320.914.60.3中國能源結(jié)構(gòu)與世界比較環(huán)境惡化—全球污染最嚴(yán)重十大城市中，中國占七個(gè)—我國因酸雨而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占GDP的5%—據(jù)歐盟專題研究，燃煤造成環(huán)境損失將使煤電價(jià)格翻番現(xiàn)有能源對環(huán)境的污染大氣中的五種污染：氮氧化物（如NO與NO2）、二氧化硫（SO2）、各種懸浮顆粒物、一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮ㄈ鏑H4、C2H6、C2H4等）。主要來源：①煤、石油等化石燃料的燃燒；②汽車排放的廢氣；③工業(yè)生產(chǎn)（如各種化工廠、煉焦廠等）產(chǎn)生的廢氣。而其中燃燒化石燃料的火力發(fā)電廠是最大的固定污染源。表1-1世界CO2排放量統(tǒng)計(jì)國名排放量（百萬噸）人均（噸/人）百分比美國5228.5219.8823.7中國3006.772.5113.6俄羅斯1547.8910.447.0日本1150.949.175.2德國884.4110.834.0印度803.000.863.6英國564.849.642.6最新世界環(huán)境可持續(xù)指數(shù)

2006年1月27日，評估世界各國（地區(qū)）環(huán)境質(zhì)量的“環(huán)境可持續(xù)指數(shù)”（ESI），在瑞士達(dá)沃斯正式對外發(fā)布。在全球144個(gè)國家和地區(qū)中，芬蘭位居第一，列第二到第五的國家分別是挪威、烏拉圭、瑞典和冰島。位居倒數(shù)前5位的國家或地區(qū)分別是：朝鮮、中國臺灣、土庫曼斯坦、伊拉克和烏茲別克斯坦。中國位居第133位，全球倒數(shù)第14位。在2002年第一次發(fā)布該指數(shù)時(shí)，全球142個(gè)國家和地區(qū)中，中國位居第129位，也是全球倒數(shù)第14位。

三、世界和我國核電發(fā)展現(xiàn)狀第一部分世界核電的發(fā)展概況世界正在運(yùn)行的核電機(jī)組約450余座，發(fā)電量約占世界總發(fā)電量的16%。核電80%以上集中在工業(yè)化國家。有16個(gè)國家的核發(fā)電量占國內(nèi)總發(fā)電量的25%以上。正在運(yùn)行的核電機(jī)組：美國104臺、法國59臺、日本54臺、俄羅斯30臺、英國27臺、德國19臺、韓國19臺、加拿大14臺、印度14臺、瑞典11臺。西歐國家20世紀(jì)以后核電發(fā)展停滯不前。國家核電所占比重國家核電比重立陶宛80.1日本34.5法國78.0德國29.9斯洛伐克65.4芬蘭29.8比利時(shí)57.3西班牙25.8保加利亞47.3捷克24.5烏克蘭45.7英國22.4瑞典45.7美國20.3瑞士39.5加拿大12.3韓國38.6印度3.7匈牙利36.1中國1.41.三大核電基地浙江省的秦山核電基地，5臺核電機(jī)組；廣東大亞灣核電基地，4臺核電機(jī)組；江蘇省田灣核電基地，2臺核電機(jī)組?！笆晃濉逼陂g，我國核電將在建成田灣一期的基礎(chǔ)上，建設(shè)好廣東嶺澳二期工程、秦山二期擴(kuò)建工程，爭取新開工建設(shè)浙江三門、山東海陽、遼寧紅沿河、福建寧德、廣東陽江等核電項(xiàng)目。同時(shí)做好一批核電站建設(shè)前期工作。

第二部分我國核電發(fā)展?fàn)顩r2.我國核電發(fā)展目前有兩種模式一種是靠有關(guān)股東方的投資建核電，比如秦山二期、三期和田灣核電站。這些核電站都有六個(gè)股東方，每方按照最低１０％，最多５０％進(jìn)行投資，其余按照出口信貸或融資來解決建設(shè)資金問題。另一種是廣東大亞灣和嶺澳模式，有三個(gè)股東方：中國核工業(yè)集團(tuán)公司、廣東省政府和中國電力投資公司。三股東在國家的支持下進(jìn)行投資，按照廣東省核電發(fā)展以核供核的方式。比如說，大亞灣建成后，效益不分紅，繼續(xù)滾動(dòng)嶺澳核電站，嶺澳的效益再滾動(dòng)陽江，在某種意義上相當(dāng)于再投資。

3.核電發(fā)展經(jīng)歷的三個(gè)階段上世紀(jì)50年代，我國電力工業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展方針是“水火并舉”；80年代改為“大力發(fā)展水電，積極發(fā)展火電，適當(dāng)發(fā)展核電”；本世紀(jì)，國家通過了《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020年)》，提出了積極推進(jìn)核電建設(shè)的發(fā)展方針。（本世紀(jì)，提高能源效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，有序發(fā)展水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極推進(jìn)核電建設(shè)，適度發(fā)展天然氣發(fā)電，鼓勵(lì)新能源發(fā)電，帶動(dòng)裝備工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，加強(qiáng)國際合作，深化體制改革。）國家或世界燃料消耗量（年）CO2SO2NO化合物灰塵運(yùn)輸成本火電廠（1000MW）250萬t650萬t900t4500t32萬t1000列火車核電廠（同規(guī)模）低濃鈾25t（天然鈾150t）無無無無一節(jié)車皮國外核電站的基礎(chǔ)投資比同容量火電站大50%左右，但如果把各自的燃料開采、加工和運(yùn)輸投資包括進(jìn)去，則核電和火電的綜合投資相近，國內(nèi)的分析也得到相近的結(jié)論。核電站的發(fā)電成本比火電廠低30%左右,1克鈾通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)完全裂變所釋放的能量相當(dāng)于燃燒2,400,000克的煤。污染比較

第二章核能原理第一節(jié)原子和原子核1.化學(xué)反應(yīng)與核反應(yīng)的區(qū)別？化學(xué)反應(yīng)是兩個(gè)或數(shù)個(gè)原子的電子相互作用的結(jié)果，原子核沒有改變；核反應(yīng)則使原子核發(fā)生變化，并由此引起化學(xué)性質(zhì)的改變。2.原子結(jié)構(gòu)定義：將某一種物質(zhì)分成越來越小的顆粒時(shí)，會(huì)有保持這種物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)而不能再分的時(shí)候。這些仍然具有單質(zhì)化學(xué)物質(zhì)的最小顆粒稱之為原子。原子由一個(gè)原子核與圍繞原子核不斷旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電子組成。原子成中性。原子的直徑約為10-8cm，原子核的直徑約為10-12cm。3.原子核原子核內(nèi)含有更小的粒子—質(zhì)子和中子，統(tǒng)稱為核子。中子不帶電，呈電中性；質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷。普通氫原子核只有一個(gè)質(zhì)子。原子核直徑不到原子直徑的萬分之一。而它的質(zhì)量卻占整個(gè)原子質(zhì)量的99.94%以上。一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子的電量相同，但兩者的質(zhì)量相差甚遠(yuǎn)，而質(zhì)子和中子的質(zhì)量很相近，分別為電子質(zhì)量的1839和1837倍。4.質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)原子核中質(zhì)子與中子的總數(shù)A為原子核的質(zhì)量數(shù)。原子核中的質(zhì)子數(shù)稱為原子序數(shù)，常用Z表示。4.同位素(1)元素的化學(xué)性質(zhì)由原子核中的質(zhì)子數(shù)決定，而不是由原子量決定。(2)將具有相同的質(zhì)子數(shù)而不同中子數(shù)的同一種元素的幾種原子稱為同位素。(3)已知的一百多種化學(xué)元素中，有1500多種不同的原子核，其中300種是穩(wěn)定的同位素，1200種是放射性同位素。(4)具有相同的化學(xué)性質(zhì)，但可能有不同的物理性質(zhì)。第二節(jié)核反應(yīng)與結(jié)合能1.原子核的相互吸引力問題的提出？我們通常知道正電荷同正電荷、負(fù)電荷同負(fù)電荷相斥。但是，為何原子核中的正電荷質(zhì)子可以緊密地結(jié)合在一起？

一般我們知道，除了質(zhì)子之間的靜電斥力外，還有核子相互之間的萬有引力。但是質(zhì)子和中子的質(zhì)量是那么微小，其萬有引力是微不足道的，可以忽略不計(jì)。如果原子核內(nèi)再無其它的力，那么比萬有引力強(qiáng)1037倍的電磁力，將使原子核的質(zhì)子向四面八方飛散。但是事實(shí)恰恰相反，各種元素的原子核在自然界中都能穩(wěn)定地存在著，而且質(zhì)子和其它質(zhì)子、中子相互結(jié)合得很緊湊，這就意味著核子間還有一種遠(yuǎn)比電磁力強(qiáng)的多的吸引力。這種吸引力稱為核力，是一種特別強(qiáng)大的短程作用力，是目前知道的最強(qiáng)大的作用力。它是核能的起源。2.核力的特點(diǎn)核力具有短程強(qiáng)相互作用的能力。它比電磁相互作用強(qiáng)130倍左右，作用距離只在鄰近核子之間。當(dāng)核子之間的距離小于（1.4~1.5）×10－13厘米時(shí)，核力顯得異常強(qiáng)大。一旦距離超出核半徑的范圍，核力就很快下降到零。核力與電荷無關(guān)，質(zhì)子和質(zhì)子、中子和中子、質(zhì)子和中子之間，都存在相互吸引的核力，但只在相鄰幾個(gè)核子之間存在著核力。3.放射性有許多天然和人工生產(chǎn)的核素都能自發(fā)地發(fā)射出各種射線，或稱輻射。射線的種類很多，射線，射線，宇宙射線、中子等的輻射，統(tǒng)稱粒子輻射。γ射線、X射線等的輻射，統(tǒng)稱電磁輻射。此外，還有發(fā)射正電子、質(zhì)子、中子、等其它粒子。原子核自發(fā)地放射各種射線的現(xiàn)象，稱為放射性。能自發(fā)地放射出各種射線的核素稱為放射性核素。大氣層中的宇宙射線成分主要是質(zhì)子、中子、介子、介子、電子等。3.核的結(jié)合能質(zhì)量與能量是可以轉(zhuǎn)換的愛因斯坦提出了表示質(zhì)量和能量之間關(guān)系的著名公式：其中E是能量，m是質(zhì)量，c是光速（3×108m/s)。這就是通常所說的質(zhì)能關(guān)系式。質(zhì)能虧損和結(jié)合能單個(gè)核子組成原子核時(shí)，由于核子間強(qiáng)大的核力作用，迫使核子相互強(qiáng)力碰撞而緊緊地結(jié)合時(shí)，發(fā)生了質(zhì)量濺射。減少的這份質(zhì)量，按照質(zhì)能公式轉(zhuǎn)化為能量釋放出來?？茖W(xué)家把核子結(jié)合前后的質(zhì)量差值，稱為“質(zhì)量虧損”，把結(jié)合時(shí)放出的能量稱為“結(jié)合能”。電子伏特（eV)1電子伏特表示任意一個(gè)單位電子電荷的粒子不受阻礙地通過1V電熱所獲得的能量。1eV=1.6*10-19J4.結(jié)合能的利用–核能總結(jié)合能由核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量叫做

比結(jié)合能為了比較各種原子核的緊密程度，采用每個(gè)核子的平均結(jié)合能更方便。平均結(jié)合能也稱比結(jié)合能，其數(shù)值可用總結(jié)合能除于原子核的核子數(shù)得出。

比結(jié)合能曲線從圖中可以看到，各種原子核結(jié)合的緊密程度是不一樣的。比結(jié)合能小的，結(jié)合就松；比結(jié)合能大的，結(jié)合就緊。曲線兩邊低，中間高，說明由單個(gè)核子組成中等質(zhì)量的原子核時(shí)，付出的質(zhì)量虧損要大，這種核結(jié)構(gòu)就很牢固，而輕核和重核則相反，它們的成員在結(jié)合時(shí)付出的質(zhì)量虧損要小，所以核結(jié)構(gòu)較松散。利用核子的結(jié)合能（即核能），有兩種途徑。一是將某個(gè)重核分裂，變成中等質(zhì)量核，中等質(zhì)量核的結(jié)合能要比重核大，因此這個(gè)重核的每個(gè)核子就要繼續(xù)發(fā)生質(zhì)量虧損而放出能量，這就是所謂的核裂變法。另一種方法是使幾個(gè)輕核相互結(jié)合起來變成中等質(zhì)量核，同樣該過程中的核子將繼續(xù)發(fā)生一部分質(zhì)量虧損，變成能量放出，這就是所謂的核聚合法。人類利用核能就有兩種可能的方式：一種利用重核分裂成中等質(zhì)量核過程中釋放出的核能，即裂變能；而另一種就是利用輕核聚合成中等質(zhì)量核過程中釋放出的核能，即聚變能。裂變與聚變是大規(guī)模核能之源。第三節(jié)放射性與核反應(yīng)一、放射性衰變自然界中不穩(wěn)定的同位素以一定速率自發(fā)地變化，一般放出帶電粒子并以輻射形式放出能量，稱為放射性衰變。原子核不受外界影響自發(fā)地通過核輻射轉(zhuǎn)化為另一種核的現(xiàn)象，稱為放射性，這種原子核叫做放射性核。

不穩(wěn)定原因其內(nèi)部中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的比例超出了一定的范圍。在一定的范圍之內(nèi)，原子核是穩(wěn)定的，否則，不穩(wěn)定的原子核向著更穩(wěn)定的方向自發(fā)地變化。二、放射性類型1.α輻射原子核衰變時(shí)放出α粒子，核本身變?yōu)榱硪环N新的原子核。α粒子是由兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子組成的氦原子核，α輻射也稱為α射線。

α射線的電離作用很大，但是它的貫穿能力較弱，在空氣中經(jīng)過3～8cm的路程就會(huì)被吸收。一張紙就可以隔離。2.β輻射當(dāng)原子核內(nèi)部中子和質(zhì)子比例超過穩(wěn)定極限時(shí)，同位素會(huì)放出電子流或者正電子流，稱為β輻射（或射線）。穿透能力較強(qiáng)，在空氣中要穿過幾米到十幾米的路程才能被吸收。一層金屬薄板也可以隔離。3.K俘獲原子核“吸收”一個(gè)電子，核中的一個(gè)質(zhì)子變成一個(gè)中子，原子序數(shù)減1，質(zhì)量數(shù)不變。4.γ輻射原子核在衰變過程中放出一種電磁波，稱為輻射（射線）。這種射線具有很強(qiáng)的穿透能力。必須非常厚的混凝土或鉛塊才能阻擋。5.中子輻射（裂變過程中放出中子）三、放射性衰變規(guī)律1.放射性衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律對于某一種核，每一時(shí)刻的衰變率正比于當(dāng)時(shí)存在的放射性同位素的原子個(gè)數(shù)。式中：N為某一時(shí)刻放射性原子的數(shù)量；λ為這種放射性原子的衰變常數(shù)。積分得：2.放射性原子數(shù)量變化規(guī)律圖3.半衰期放射性原子數(shù)量衰減到初始數(shù)量的一半所需要的時(shí)間。

167N的半衰期是7.3s，而23994Pu的半衰期是24000年。N0t0第四節(jié)中子與原子核的反應(yīng)散射反應(yīng)和吸收反應(yīng)兩大類，裂變反應(yīng)即屬于一種吸收反應(yīng)。散射反應(yīng)指中子與原子核碰撞后，中子的能量和運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生變化，原子核的成份不改變。彈性散射—中子與原子核發(fā)生彈性碰撞，中子在散射后，運(yùn)動(dòng)方向和動(dòng)能都發(fā)生變化，原子核受到反沖作用，原子核的內(nèi)能不變，整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)量守恒。非彈性散射—中子與原子核發(fā)生非彈性碰撞，當(dāng)原子核與中子發(fā)生碰撞后，核能被激發(fā)，入射中子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樵雍说膬?nèi)能，使核處于激發(fā)態(tài)，隨后發(fā)出γ射線，返回基態(tài)，系統(tǒng)反應(yīng)前后的總動(dòng)能不守恒。吸收反應(yīng)--指中子與原子核碰撞后，被原子核俘獲，形成一個(gè)處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)合核，其激發(fā)能等于中子的動(dòng)能和中子在復(fù)合核中的結(jié)合能之和。兩種可能：裂變反應(yīng)和輻射俘獲反應(yīng)。核反應(yīng)堆中的中子按其能量可分為快中子（E＞0.1MeV）、中能中子（1eV＜E＜0.1MeV）和熱中子（E＜1eV）。

裂變中放出的中子能量大部分為1～2MeV，屬于快中子，由實(shí)驗(yàn)可知在這個(gè)能量區(qū)域內(nèi)中子與235U核發(fā)生裂變的幾率很小，因而必須把中子減速到熱中子能量，即需要經(jīng)過一個(gè)慢化過程。

慢化：使快中子與慢化劑的原子核進(jìn)行碰撞，將中子的能量傳遞給慢化劑的原子核，中子自身能量降低的一個(gè)過程。變成熱中子。常用的慢化劑：重水、石墨、鈹、水等物質(zhì)。在應(yīng)用較多的壓水堆核電站中，就是采用水作為慢化劑。第五節(jié)核裂變1.裂變反應(yīng)一個(gè)可裂變原子核在俘獲一個(gè)中子后形成一個(gè)復(fù)合核，復(fù)合核經(jīng)過一個(gè)短暫時(shí)間的不穩(wěn)定激化階段后，分裂成兩個(gè)碎片，同時(shí)放出中子和能量的反應(yīng)過程。定義92U235+0n1→FF1+FF2+2.50n1+200MeV鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)示意圖2.易裂變核燃料鈾233鈾235钚239TxtText復(fù)合核從變形到分裂需要能量，所需的最小能量稱為裂變臨界能量。入射中子的結(jié)合能大于復(fù)合核的裂變臨界能，則該核易裂變。自然界中只有三種核燃料：鈾-235、鈾-233、钚-239，其中只有鈾-235是天然的核燃料。其余兩種是由釷-232和鈾-238俘獲中子后再經(jīng)衰變分別形成的。因此又稱釷-232和鈾-238為可轉(zhuǎn)換核素。靶原子核復(fù)合核的臨界裂變能(Mev)中子的結(jié)合能（Mev）釷-2326.55.1鈾-2385.54.9鈾-2355.36.4鈾-2334.66.6钚-2394.06.4表2.1幾種核素的臨界裂變能3.臨界體積也稱“臨界大小”。可發(fā)生裂變的物質(zhì)，產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所必須具有的最小體積。第六節(jié)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)1.自發(fā)裂變當(dāng)鈾-235的含量很少（例如天然鈾只含0.714%），堆放得也比較松散，則每次裂變放出的2～3個(gè)中子都散失到空間去了，只有偶爾的1～2個(gè)中子又能擊中其它鈾核。這樣的裂變反應(yīng)不會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行。天然鈾礦就是這種情況，一般每千克鈾元素中每秒鐘有幾個(gè)原子核發(fā)生裂變，這叫做自發(fā)裂變。2.自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)當(dāng)中子與鈾235發(fā)生核裂變反應(yīng)時(shí)，鈾核通常分裂為兩個(gè)中等質(zhì)量數(shù)的裂變碎片，同時(shí)還平均產(chǎn)生兩個(gè)以上的新中子，并釋放出能量。在適當(dāng)?shù)臈l件下，這些新裂變中子又會(huì)引起周圍鈾235的裂變，這樣一代一代的發(fā)展下去，就成為一連串的裂變反應(yīng)，（鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)）.重核在不靠外界作用就可能連鎖式的引起其它核素的裂變反應(yīng)稱為自持式鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。3.自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的條件裂變不發(fā)生裂變有害吸收泄漏損失原子核分裂成兩個(gè)裂變碎片，同時(shí)產(chǎn)生2～3個(gè)新中子。核燃料吸收中子不發(fā)生裂變。235U吸收中子大約20%不發(fā)生裂變而變成236U，238U吸收中子后100%不發(fā)生裂變而變成239Pu中子被慢化劑、冷卻劑、結(jié)構(gòu)材料、裂變碎片及其他雜質(zhì)吸收。中子數(shù)目變化有可能發(fā)生下列四種情況原子核體積很小，高速運(yùn)動(dòng)的中子不一定會(huì)馬上打中原子核，即使碰撞幾次，仍有很高動(dòng)能，堆芯尺寸有限，會(huì)有相當(dāng)一部分中子跑到堆芯外面去。4.裂變維持的條件－臨界

臨界定義：鈾-235每次裂變產(chǎn)生的中子，除泄漏和吸收的以外，還有一個(gè)中子能引起另一個(gè)鈾-235原子核裂變。對于整個(gè)系統(tǒng)而言，上一代中子引起裂變的數(shù)目剛好與下一代中子引起裂變的數(shù)目相等，使得裂變剛好能維持下去，也就達(dá)到了維持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)的臨界。有效增殖系數(shù)：衡量裂變裝置的臨界標(biāo)準(zhǔn)用所謂的系統(tǒng)增值系數(shù)k表示。K=新生一代的中子數(shù)/上一代的中子數(shù)K=系統(tǒng)內(nèi)中子的產(chǎn)生率/系統(tǒng)內(nèi)中子總消失率（中子的吸收率＋泄漏率）下面對K值的三種不同情況進(jìn)行討論：（1）若K=1，表示產(chǎn)生的中子數(shù)正好等于消耗的中子數(shù)，中子循環(huán)達(dá)到平衡，裂變反應(yīng)可以自持下去，這種情況稱為臨界狀態(tài)。可以在不同功率水平情況下平衡。（2）若K>1，即產(chǎn)生的中子除消耗外還有剩余，這樣的狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)，也就是反應(yīng)堆啟動(dòng)和功率提升狀態(tài)。（3）若K<1，即產(chǎn)生的中子數(shù)還不如消耗的多，中子婁一代比一代減少，直到零為止，這種狀態(tài)稱為次臨界狀態(tài)，也就是反應(yīng)堆降功率或停堆狀態(tài)。由以上可知，在反應(yīng)堆運(yùn)行中要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停堆、改變功率或保持穩(wěn)定功率，只要調(diào)節(jié)有效增殖系數(shù)K即可。要達(dá)到臨界條件，必須具備的條件

(1)必須使裂變材料多而集中；(2)中子泄漏少；(3)中子的非裂變吸收少；(4)應(yīng)該使得中子有充分的慢化。

5.裂變產(chǎn)生的中子

（1）瞬發(fā)中子：易裂變核素在發(fā)生裂變后除了分裂成兩到三個(gè)或者更多的裂變碎片后，同時(shí)會(huì)放出兩三個(gè)中子。一群鈾-235核裂變后放出的平均中子數(shù)為2.43個(gè)。這些中子的99.3%以上是在裂變的瞬間（百萬分之一秒左右）放出的，稱之為瞬發(fā)中子。其能量約在1～2兆電子伏范圍內(nèi)，速度為14000～20000千米/秒。（2）緩發(fā)中子：另外有大約0.654%的中子是在裂變產(chǎn)物在衰變時(shí)逐漸放出，稱為緩發(fā)中子。平均能量約在0.5兆電子伏左右。緩發(fā)中子是在裂變后持續(xù)幾分鐘的時(shí)間內(nèi)逐漸釋放出來的。組平均延遲時(shí)間（s）緩發(fā)中子份額（%）Ⅰ79.40.02Ⅱ31.90.14Ⅲ8.10.13Ⅳ3.20.25Ⅴ0.90.07Ⅵ0.40.03總計(jì)120.65鈾235緩發(fā)中子的份額與延遲時(shí)間反應(yīng)性

反應(yīng)性ρ表示上一代中子個(gè)數(shù)n1與下一代中子個(gè)數(shù)n2的相對變化：ρ=0，反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)；ρ<0，反應(yīng)堆處于次臨界狀態(tài)；ρ>0，反應(yīng)堆處于超臨界狀態(tài)。由于ρ的數(shù)值很小，ρ通常以pcm為單位計(jì)算，1pcm=10-5。中子個(gè)數(shù)的變化規(guī)律

設(shè)反應(yīng)堆有效增殖系數(shù)為K。核反應(yīng)堆開始時(shí)有n個(gè)中子，則下一代中子增加的個(gè)數(shù)為n(k-1)。兩代中子之間的時(shí)間間隔（中子代時(shí)間）為θ，則中子個(gè)數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律為：將上式積分可得：N0表示t=0時(shí)的中子個(gè)數(shù)，n表示t時(shí)間的中子個(gè)數(shù)。中子代時(shí)間

中子代時(shí)間：是指上一代中子和下一代中子之間的時(shí)間。孕育時(shí)間：在裂變發(fā)生后，中子要經(jīng)過一段時(shí)間才能從裂變碎片中發(fā)射出來，這一段時(shí)間稱為孕育時(shí)間。在壓水堆中，中子保持自由狀態(tài)僅為10-5秒，這段時(shí)間稱為中子壽命。中子代時(shí)間=孕育時(shí)間+壽命孕育時(shí)間(s)壽命(s)中子代時(shí)間(s)份額(%)瞬發(fā)中子10-1410-510-599.35緩發(fā)中子1210-5120.65根據(jù)瞬發(fā)中子和緩發(fā)中子的代時(shí)間以及他們的份額，可以計(jì)算得到反應(yīng)堆的平均中子代時(shí)間：θ=0.9935×10-5+0.0065×12≈0.08（s）例：

設(shè)ρ=100pcm，只有瞬發(fā)中子，沒有緩發(fā)中子，按照上述的瞬發(fā)中子的代時(shí)間，θ=10-5s，當(dāng)t=1s時(shí)，中子個(gè)數(shù)的變化為這樣快的功率變化是無法控制的。如果存在緩發(fā)中子，則θ=0.08s，當(dāng)t=1s時(shí)，中子個(gè)數(shù)的變化為結(jié)論：緩發(fā)中子的存在（雖然份額非常?。┦狗磻?yīng)堆的控制成為可能。第一代100個(gè)快中子慢化過程由于被238U俘獲、漏失以及238U的快裂變，總體上4個(gè)中子消失剩余96個(gè)熱中子擴(kuò)散由于漏失、被慢化劑和結(jié)構(gòu)材料俘獲，20個(gè)熱中子消失過程剩余76個(gè)熱中子，被鈾俘獲10個(gè)熱中子被235U俘獲不產(chǎn)生裂變26個(gè)熱中子被238U俘獲不產(chǎn)生裂變40個(gè)熱中子被235U俘獲產(chǎn)生裂變（40*2.5）放出第二代100個(gè)快中子6.反應(yīng)堆內(nèi)中子循環(huán)

7.剩余功率

當(dāng)反應(yīng)堆停堆后，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)停止，但是反應(yīng)堆還會(huì)繼續(xù)放出熱量，這些熱量約占額定功率的6%，稱為剩余功率。剩余功率是由裂變產(chǎn)物的β和γ衰變產(chǎn)生的熱量，剩余功率會(huì)隨著時(shí)間而衰減，在停堆后必須不斷地冷卻反應(yīng)堆堆芯。小結(jié)核裂變的必要條件核裂變必須有易裂變的材料和來自原子核外部的自由中子。中子可以在其它核的裂變中產(chǎn)生。核裂變是中子轟擊原子核，原子核接受中子后變得不穩(wěn)定，從而分裂，分裂后的多余結(jié)合能變成核裂變能量。只有裂變臨界能量小于入射中子的結(jié)合能的材料才稱為易裂變核材料。問題和回答應(yīng)該如何做才能使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不變成原子彈似的在瞬間倍增，而是維持不變的核反應(yīng)速率？必須保證每次裂變放出的中子只有一個(gè)用于其它核素的裂變。辦法是設(shè)法用非裂變方法將裂變放出的多余中子搶走。問題和回答中子轟擊到易裂變核素上一定會(huì)發(fā)生裂變嗎？裂變發(fā)生是有一定概率的。概率即為轟擊一百次，實(shí)際能發(fā)生幾次裂變的機(jī)會(huì)。只有速度慢的中子才有高的裂變概率?？墒?，裂變放出的中子都很快，要變慢中子，中子必須經(jīng)過慢化。第三章 核電站的類型

1954年，前蘇聯(lián)建成世界第一座試驗(yàn)核電站奧勃靈斯克核電站。

1957年，美國建成世界第一座商用壓水堆核電站希平港核電站。

1952年6月，開始建造美國第一艘核潛艇的陸上模式堆，1953年3月建成，6月發(fā)出電力。1954年1月，第一艘核潛艇下水。乏汽壓力偏大。第三章 核電站的類型一、壓水堆核電站

二、沸水堆核電站

輕水堆的特點(diǎn)

在各種慢化劑中，水的慢化能力最強(qiáng)。輕水便宜，比熱大，導(dǎo)熱系數(shù)高，是良好的冷卻劑。堆芯體積相同時(shí)，輕水堆功率最高或者在相同功率下，輕水堆比其他堆的體積小。兩個(gè)缺點(diǎn)：沸點(diǎn)低。輕水吸收熱中子的幾率比重水和石墨大，所以輕水慢化的反應(yīng)堆無法以天然鈾維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。壓水堆發(fā)展快的歷史原因輕水堆的發(fā)展有軍用堆的基礎(chǔ)。工業(yè)上有使用輕水的長期經(jīng)驗(yàn)。核工業(yè)的發(fā)展，為輕水堆所需要的濃縮鈾準(zhǔn)備了條件。輕水堆技術(shù)上已成熟。比較用輕水作為慢化劑和冷卻劑的核反應(yīng)堆被稱為輕水反應(yīng)堆，包括沸水堆和加壓水堆。輕水也就是一般的水，廣泛地被用于反應(yīng)堆的慢化劑和冷卻劑。與重水相比，輕水有廉價(jià)的長處，此外其減速效率也很高。沸水堆的特點(diǎn)是將水蒸汽不經(jīng)過熱交換器直接送到汽輪機(jī)，從而防止了熱效率的降低。壓水堆則用高壓抑制沸騰，對輕水一般加100至160個(gè)大氣壓，從而熱交換器把一次冷卻系統(tǒng)（取出堆芯產(chǎn)生的熱）和二次冷卻系統(tǒng)（發(fā)生送往汽輪機(jī)的蒸汽）完全隔離開來。沸水堆蒸汽直接在反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生，故不可避免地要挾帶出很強(qiáng)的γ輻射，因此汽輪機(jī)系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)都帶有放射性，運(yùn)行人員不能接近，還需要有適當(dāng)?shù)钠帘?。但半衰期僅7.13秒，故停機(jī)后不久就可完全衰變，不影響設(shè)備維修。三、重水堆核電站用重水即氧化氘（D2O）作為慢化劑的核反應(yīng)堆被稱為重水反應(yīng)堆，或簡稱為重水堆?，F(xiàn)在的反應(yīng)堆幾乎都利用熱中子，因此慢化劑是反應(yīng)堆不可缺少的組成部分。慢化劑與中子碰撞使中子速度減慢，但不減少中子的數(shù)量。所以，重水是非常優(yōu)異的慢化劑，它與石墨并列是最常用的慢化劑。目前達(dá)到商用水平的只有加拿大開發(fā)的坎杜堆(CANDU-Canadiandeuteriumuranium)，我國正建一座重水堆核電站。重水堆特點(diǎn)—節(jié)約燃料二十噸天然水中含有三公斤重水。重水慢化能力比輕水低得多(200多倍），重水堆的堆芯體積比壓水堆大十倍左右。重水吸收的熱中子的幾率很少，可以采用天然鈾作為核燃料。由于重水吸收中子少，所以反應(yīng)堆中子除了維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)外，還有較多的剩余可以用來使鈾238轉(zhuǎn)變?yōu)轭?39，比輕水堆節(jié)約天然鈾20%。重水堆失水事故的后果比輕水堆要小。四、快堆核電站由快中子引起鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)所釋放出來的熱能轉(zhuǎn)換為電能的核電站。快堆在運(yùn)行中既消耗裂變材料，又生產(chǎn)新裂變材料，而且所產(chǎn)可多于所耗，能實(shí)現(xiàn)核裂變材料的增殖。一般用液態(tài)金屬鈉作冷卻劑。不用慢化劑。快中子增殖反應(yīng)堆以钚239為裂變?nèi)剂?，組成堆芯，以鈾238包圍在堆芯周圍，作為增殖層?？墒固烊烩櫟睦寐蔬_(dá)到60%~70%。原理：在“快堆”中用的核燃料是钚-239。钚-239發(fā)生裂變反應(yīng)放出來的快中子，會(huì)被裝在反應(yīng)區(qū)周圍的鈾-238吸收，又變成钚-239。就是說在核鍋爐中一邊“燒”掉钚-239，又一邊使鈾-238轉(zhuǎn)為成新的钚-239，而且新產(chǎn)生的钚-239比“燒”掉的還多。這就使“快堆”的燃料越燒越多?！翱於选痹鲋澈巳剂习砚欃Y源的利用率提高了50～60倍。一座快堆核電站，在5～15年的時(shí)間內(nèi)可使燃料數(shù)量翻一番?！翱於选闭媒鉀Q了熱中子核反應(yīng)堆產(chǎn)生的大量鈾-238廢料堆積問題。通過建造快堆核電站，既能用鈾-238發(fā)電，又能增殖燃料。因此“快堆”被人們稱為“明天的核電站鍋爐”。幾個(gè)問題為什么快堆能增殖？增殖比=產(chǎn)生的核燃料的原子核數(shù)/消耗的核燃料的原子核數(shù)。在快堆中沒有慢化劑，再加上堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料、冷卻劑及各種裂變產(chǎn)物對快中子的吸收幾率很小，因此中子由于寄生俘獲造成的浪費(fèi)少。此外，钚239裂變放出的中子多，鈾238裂變的幾率也大，所以除了維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)我，還可以剩余1.2到1.3個(gè)中子，用來使鈾238轉(zhuǎn)變?yōu)轭?39。在快堆中，增殖比可達(dá)1.2到1.3倍。如果通過后處理，將快堆增殖的核燃料不斷提取，則快堆每過一段時(shí)間，它所得到的钚239還可以裝備一座規(guī)模相同的快堆電站。這段時(shí)間又稱為倍增時(shí)間。為什么快堆冷卻不采用輕水或重水？快堆的功率密度高，又不允許冷卻劑對中子產(chǎn)生強(qiáng)烈的慢化作用，這就要求載熱效率高、慢化作用小的冷卻劑。目前考慮的冷卻劑主要有兩種：金屬鈉和氦氣。鈉的中子吸收截面小，比熱大，傳熱性能比水高40～50倍。它的沸點(diǎn)高達(dá)886.6℃，所以在常壓下工作溫度高，而且在工作溫度下對很多種鋼種腐蝕性小，無毒。熔點(diǎn)97.8℃。冷卻劑出口溫度可500～600℃。由于快堆鈉溫度高，可以產(chǎn)生過熱蒸汽，汽輪機(jī)可采用常規(guī)火電廠的過熱蒸汽參數(shù)，蒸汽壓力為14.2MPa，蒸汽溫度可達(dá)500℃。目前，世界上已商業(yè)運(yùn)行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂變?nèi)剂?，即使再利用轉(zhuǎn)換出來的钚-239等易裂變材料，它對鈾資源的利用率也只有1％—2％，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉(zhuǎn)換成钚-239而得以使用，但考慮到各種損耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到60％—70％。

五、第二代核動(dòng)力堆技術(shù)要求從安全角度1.應(yīng)該具有固有安全性。當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)異常情況時(shí)，不依賴人為的操作或外部系統(tǒng)、設(shè)備的強(qiáng)制干預(yù)，而僅依賴堆的自然和非能動(dòng)安全性，使反應(yīng)堆趨于正常運(yùn)行或安全停閉的安全性。2.應(yīng)具有非能動(dòng)安全性。任何情況下剩余發(fā)熱可以靠自然對流等非能動(dòng)機(jī)理排出。3.應(yīng)提高對社會(huì)和環(huán)境影響的安全保證度，即先進(jìn)核反應(yīng)堆在任何情況下，不應(yīng)使工作人員與公眾受到過量的放射性傷害。4.在發(fā)生核事故情況下，不會(huì)造成重要設(shè)備損害，保護(hù)投資者不受重大經(jīng)濟(jì)損失。從經(jīng)濟(jì)性角度先進(jìn)核反應(yīng)堆的核電廠，在經(jīng)濟(jì)性上應(yīng)該達(dá)到能與同樣規(guī)模的火電廠相競爭。這樣才可能獲得大規(guī)模的商業(yè)推廣。第二代先進(jìn)核反應(yīng)堆1.改造型輕水堆瑞典提出一種“過程固有最終安全”反應(yīng)堆的概念設(shè)計(jì)。2.快中子增殖堆這是唯一能夠增殖核燃料的成熟堆型。只有發(fā)展快堆，才能擴(kuò)大核資源的利用。一般認(rèn)為，快堆是熱中子反應(yīng)堆走向聚變堆之間的一代堆型。3.高溫氣冷堆它是從已有30多年歷史的低溫石墨氣冷堆基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新穎堆型。它是具有固有安全性的反應(yīng)堆；它是唯一出口溫度達(dá)到950℃以上、具有多種用途的堆型；是能夠利用釷資源的唯一堆型。第四章核電站主要系統(tǒng)核電廠廠址的選擇基本要求（與火電廠相同）：接近電力負(fù)荷中心、有充足的冷卻水源、交通運(yùn)輸方便、有良好的自然條件、減少廢熱廢物排放對生物的影響和防止環(huán)境污染的可能性等。特殊要求：原則—盡量減少釋放放射性對環(huán)境的影響，以確保居民在一般事故和嚴(yán)重事故條件下不受危害。（核電廠本身特性、廠址自然條件和輻射）1、核電廠放射性特性設(shè)計(jì)上要求核電廠在極限事故工況下的放射性物質(zhì)釋放量不應(yīng)達(dá)到對居民健康和安全造成超過我國核安全局關(guān)于核電廠廠址選擇所規(guī)定的嚴(yán)重危害后果的程度。2、廠址的自然條件和技術(shù)要求（1）廠區(qū)地震條件是確保核電廠安全的重要條件，是選廠址的決定因素之一。盡可能選在地震烈度低的地區(qū)，地震烈度一般不大于7度。（2）廠址位于大的內(nèi)湖或海灘附近時(shí)，應(yīng)確定由湖震或海嘯可能造成的最大洪水。（3）水源和水文方面，保證足夠且可靠的冷卻水是電廠運(yùn)行最基本的技術(shù)條件，要求百年一遇最小流量也能滿足電廠正常運(yùn)行的要求。第一節(jié)核島部分一回路系統(tǒng)主要功能1.將反應(yīng)堆堆芯核裂變產(chǎn)生的熱量傳送到蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生合格的蒸汽，并冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀。2.水在反應(yīng)堆中既作冷卻劑又作中子慢化劑，使裂變反應(yīng)產(chǎn)生的快中子降低能量，減速到熱中子。3.冷卻劑中溶解的硼酸，可以吸收中子，控制反應(yīng)堆內(nèi)中子數(shù)目。4.系統(tǒng)內(nèi)的穩(wěn)壓器用于控制冷卻劑的壓力，防止冷卻劑出現(xiàn)不利于傳熱的沸騰現(xiàn)象。5.防止放射性產(chǎn)物泄漏。一、反應(yīng)堆定義：反應(yīng)堆是以鈾（或钚）作為燃料實(shí)現(xiàn)可控制的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的裝置。組成：壓力殼、堆內(nèi)構(gòu)件、堆芯、控制棒驅(qū)動(dòng)構(gòu)件。壓力殼堆內(nèi)構(gòu)件1.圓柱形容器，上下兩部分。2.有三個(gè)進(jìn)口接管和三個(gè)出口接管。3.能承受140～200個(gè)大氣壓分隔流體的作用。4.使用30～40年。1.上部組件（壓緊組件）和下部組件（吊籃組件）。2.支承和固定堆芯組件，承受堆芯重量。3.確?？刂瓢趄?qū)動(dòng)線的對中，為控制棒運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。4.使冷卻劑在堆內(nèi)按一定方向流動(dòng)，有效帶出熱量。5.為壓力容器提供熱屏蔽，減少它受中子和r射線的輻射。6.為堆內(nèi)測量提供安裝和固定措施。堆芯1.由核燃料組件、控制棒組件和啟動(dòng)中子源組成。2.核燃料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成圓柱形二氧化鈾陶瓷塊，直徑8~9mm，13.5mm。3.大量燃料芯塊（271）裝在兩端密封的鋯合金包殼管中，長約4m、直徑約10mm。4.每個(gè)燃料組件按17×17排列成正方形柵格，共有289個(gè)棒位，中間用定位格架將燃料棒夾緊(264根燃料元件棒、24根控制棒導(dǎo)向管和1根堆內(nèi)測量導(dǎo)管）。

燃料芯塊 控制棒1.中子的強(qiáng)吸收體，移動(dòng)速度快、操作可靠、使用靈活、對反應(yīng)堆的控制準(zhǔn)確度高。2.控制棒組件可以控制反應(yīng)堆核燃料鏈?zhǔn)搅炎兯俾?、達(dá)到啟動(dòng)反應(yīng)堆、調(diào)節(jié)反應(yīng)堆、正常停堆以及在事故情況時(shí)緊急停堆的目的。3.根據(jù)功能和使用目的的不同，可以分成三類：（1）功率補(bǔ)償棒（G棒）：用于控制反應(yīng)堆功率，補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)各種因素引起的反應(yīng)性波動(dòng)。（2）溫度調(diào)節(jié)棒（R棒）：用于調(diào)節(jié)反應(yīng)堆進(jìn)出口溫度。（3）停堆棒（安全棒，S棒）：用于在發(fā)生緊急事故工況時(shí)，能迅速使反應(yīng)堆停堆。正常運(yùn)行時(shí)停堆棒提出堆外，按到停信號后迅速插入堆芯。大亞灣：控制棒組53個(gè)，其中功率補(bǔ)償棒28組、溫度調(diào)節(jié)棒8組、停堆棒17組。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1.通過它帶動(dòng)控制棒組件在堆內(nèi)上下移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的啟動(dòng)、功率調(diào)節(jié)、停堆和事故情況下的安全控制。2.對控制棒驅(qū)動(dòng)的動(dòng)作要求：（1）在正常運(yùn)行情況下棒應(yīng)緩慢移動(dòng)，每秒鐘的行程為10mm；（2）在快速停堆或事故情況下，控制棒應(yīng)快速下插。控制棒在反應(yīng)堆中的位置，用“步”（step）來表示。當(dāng)控制棒位于反應(yīng)堆底部時(shí)，step的數(shù)值為零；當(dāng)控制棒位于反應(yīng)堆頂部，step的數(shù)值為225。二、蒸汽發(fā)生器功能：1.將一回路中水的熱量傳給二回路的水，使其變?yōu)檎羝糜谄啓C(jī)做功。2.蒸汽發(fā)生器在一、二回路之間構(gòu)成防止放射性外泄的第二道防護(hù)屏障。三、穩(wěn)壓器作用：1.用于穩(wěn)定和調(diào)節(jié)一回路系統(tǒng)中冷卻劑—水的工作壓力，防止水在一回路主系統(tǒng)中汽化。2.確保反應(yīng)堆出口水的溫度低于飽和溫度15℃左右，以保證燃料棒的冷卻效果。3.吸收一回路系統(tǒng)水容積的變化，起到緩沖的作用。四、主循環(huán)泵（冷卻劑泵）它是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中唯一的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備。作用：1.推動(dòng)一回路中的冷卻劑，使冷卻劑水以很大的流量通過反應(yīng)堆堆芯，把堆芯中產(chǎn)生的熱量傳送給蒸汽發(fā)生器。工作要求：1.保持軸密封，以免堆內(nèi)帶放射性的水外漏；2.要求電機(jī)的絕緣性能好。一回路的輔助系統(tǒng)作用：1、容積控制：調(diào)節(jié)一回路系統(tǒng)中穩(wěn)壓器的液位，以保持一回路水的容積。2、反應(yīng)性控制：調(diào)節(jié)一回路水中的硼酸濃度，以補(bǔ)償反應(yīng)堆運(yùn)行過程中反應(yīng)性的緩慢變化。3、化學(xué)控制：通過凈化作用及添加化學(xué)藥劑保持一回路的水質(zhì)。一、化學(xué)和容積控制系統(tǒng)二、余熱冷卻系統(tǒng)作用：1.反應(yīng)堆停堆時(shí)，先由蒸汽發(fā)生器將一回路熱量帶走，然后通過余熱冷卻系統(tǒng)將反應(yīng)堆停堆后的余熱帶走，使堆芯冷卻劑溫度降低到允許溫度(60℃

以下），并使其保持到反應(yīng)堆重新啟動(dòng)為止。2.在一回路系統(tǒng)發(fā)生失水事故時(shí)，余熱冷卻系統(tǒng)可以作為安全注入系統(tǒng)的一部分，將硼酸水注射到堆芯中去。第二節(jié)常規(guī)島部分一、核汽輪機(jī)組的一般特點(diǎn)1.蒸汽參數(shù)低。（1）汽耗率約比常規(guī)電廠高一倍；（2）與高參數(shù)汽輪機(jī)相比，低壓缸發(fā)出的功率較大，達(dá)到整個(gè)機(jī)組功率的50～60%，而高參數(shù)機(jī)組中，低壓缸僅占20%～30%。這樣低壓缸的效率對整個(gè)機(jī)組的效率有更大的影響；（3）排汽速度損失對效率有較大影響，這要求增大排汽流通截面以降低排汽速度。2.體積流量大（1）600MW～800MW以上核機(jī)組高壓缸做成雙流；（2）通常只設(shè)高壓缸和若干低壓缸，不設(shè)中壓缸；（3）低壓缸體積流量大，要求增加排汽口數(shù)和排汽截面以及采用更長的末級葉片。3.核汽輪機(jī)組多數(shù)級工作在濕汽區(qū)需采取除濕措施，以提高效率和保障安全運(yùn)行。高壓缸中的濕度是核汽輪機(jī)特有的。4.采用汽水分離再熱由于新蒸汽是飽和蒸汽，膨脹后即進(jìn)入濕汽區(qū)，為保證汽輪機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在蒸汽經(jīng)過高壓缸后，對高壓缸排汽進(jìn)行汽水分離再熱，以保證低壓缸的效率和安全性。這是與火電機(jī)組的重要區(qū)別之一。5.易超速由于核汽輪機(jī)組多數(shù)級工作在濕蒸汽區(qū)，通流部分及管道表面覆蓋一層水膜，導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，壓力下降，水膜閃蒸為汽，引起汽流速驟增，這是核汽輪機(jī)組易超速的主要原因。（1）完善汽輪機(jī)的去濕和疏水機(jī)構(gòu)，減少部件和通道中凝結(jié)水。（2）在汽水分離再熱器后蒸汽進(jìn)入低壓缸前的管道上裝備快速關(guān)閉的截止閥。汽水分離再熱器及連通管道容積較大，在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，再熱器及連接管表面的水膜閃蒸成為超速的主要原因。二、核汽輪機(jī)組的轉(zhuǎn)速選擇對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速選擇的考慮因素如下：（1）汽輪機(jī)的可靠性對于大型汽輪機(jī)組，采用半速的主要好處是提高葉片的可靠性。因?yàn)檗D(zhuǎn)速越低，離心應(yīng)力越小，在同樣材料和加工水平下，末級葉片可以更長。如轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)，目前最長的鋼質(zhì)葉片為1060mm，而1500r/min時(shí)，卻可達(dá)到1500mm。減少葉片在濕汽中的侵蝕損壞對提高葉片可靠性很重要。許多研究認(rèn)為，侵蝕系數(shù)E與圓周速度u的二次方、三次方，甚至四次方成正比。無疑，低速下葉片的抗侵蝕性能大提高了。葉片振動(dòng)特性分析也表明，低速汽輪機(jī)的動(dòng)態(tài)可靠性高。（2）汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性關(guān)于轉(zhuǎn)速對汽輪機(jī)組效率影響的研究表明，半速機(jī)組在高壓部分帶來的一些附加損失，但低壓部分的效率將得到提高。（3）重量、尺寸和造價(jià)第三節(jié)核電站運(yùn)行一、核電站運(yùn)行特點(diǎn)1.發(fā)電能量來源于核裂變2.反應(yīng)堆產(chǎn)生放射性物質(zhì)3.堆芯剩余熱量4.核電站系統(tǒng)和操作復(fù)雜5.采用微過熱蒸汽和低轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)二、核電站啟動(dòng)和停堆過程1.反應(yīng)堆標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行方式（壓水堆）（1）冷停堆（2）中間停堆（3）熱停堆（4）熱備用（5）功率運(yùn)行其中冷停堆又可細(xì)分為：（1）換料冷停堆：允許反應(yīng)堆進(jìn)行燃料更換操作的停堆方式。（2）維修冷停堆：允許反應(yīng)堆對一回路部分設(shè)備進(jìn)行維修的運(yùn)行方式。（3）正常冷停堆：正常條件下的停堆。中間停堆可以細(xì)分為：（1）單相中間停堆：一回路沖水排氣后穩(wěn)壓器充滿水（單相）的狀態(tài)。（2）兩相中間停堆：一回路沖水排氣后穩(wěn)壓器為雙相的狀態(tài)。（3）正常中間停堆：在兩相中間停堆的基礎(chǔ)上，余熱排出系統(tǒng)完成隔離的狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行方式見表2.反應(yīng)堆逼近臨界狀態(tài)時(shí)的操作原則（1）溫度：必須避免引起一回路冷卻劑平均溫度變化的任何操作。（2）反應(yīng)性變化：在逼近臨界狀態(tài)的過程中，在任何時(shí)間內(nèi)，只允許使用一種方法來控制反應(yīng)性的變化。（3）反應(yīng)性控制：逼近臨界狀態(tài)時(shí)，中子通量倍增時(shí)間必須大于18s。3.反應(yīng)堆啟動(dòng)過程見操作票4.核電站停堆過程（1）首先是按照一定的速率降負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷低到一定程度時(shí)（約5MW）汽輪機(jī)跳閘，同時(shí)發(fā)電機(jī)解列。（2）隨后繼續(xù)硼化或者插入G棒，降低功率到2%額定功率以下，使機(jī)組處于熱備用狀態(tài)。（3）根據(jù)計(jì)劃安排，進(jìn)行下一步的工作。第五章核電站的輻射防護(hù)第一節(jié)輻射的危害性分類定義種類電磁輻射（電磁波）電磁能量以波的形式發(fā)射過程，其傳播速度與光速相同。無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、r射線等。（頻率和波長）粒子輻射高速運(yùn)動(dòng)的粒子，它們通過消耗自己的動(dòng)能把能量傳遞給被穿透的物質(zhì)。電子、質(zhì)子、中子、a粒子、β粒子和帶電重粒子等。區(qū)別：電磁輻射僅有能量而無靜止質(zhì)量。一、天然輻射和人工輻射分類含義天然輻射天空、大地、山水、房屋、食物以及人身體本身都存在著輻射，這種輻射稱為“本底輻射”或者“天然本底”。人工輻射核工業(yè)過程中產(chǎn)生、使用以及排放的放射性物質(zhì)的照射；核技術(shù)應(yīng)用中使用的放射性核素及加速器產(chǎn)生的射線照射，如醫(yī)學(xué)診斷和治療的照射；計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等用電設(shè)備產(chǎn)生的照射。這兩種輻射的來源分別稱為天然輻射源和人工輻射源。1.宇宙射線主要來自外層太空和太陽的高能輻射，大部分帶正電荷的粒子造成，以及這些粒子與大氣碰撞產(chǎn)生的次級粒子引起的輻射。2.地球表面的輻射主要包括巖石和土壤的鈾系、釷系的放射性元素以及40K的r射線。3.空氣中的輻射主要是地殼中鈾系、釷系的子代產(chǎn)物---氡和釷射氣的擴(kuò)散。這些放射性氣體的衰變子體是固態(tài)物質(zhì)，很容易與大氣中的灰塵結(jié)合，然后隨自身重量和雨水向下降落。4.地面水系中的輻射地面水系中含有的放射性隨水流類型而不同。海水中含有大量的40K，天然泉水中還有相當(dāng)數(shù)量的鈾、釷和鐳。一些放射性塵埃隨重力作用或雨水匯集到地面水系中。對人體造成的影響主要是通過飲用導(dǎo)致的內(nèi)照射。5.人體內(nèi)部的輻射主要的放射性同位素是40K、226Ra、228Ra，40K的含量最多。人體所受到的輻射：外部輻射主要是由體外的輻射源放出的射線引起的照射。內(nèi)部輻射是放射性物質(zhì)進(jìn)入人體后在體內(nèi)滯留期間所發(fā)出的射線對人體的照射。二、電離輻射和劑量1.電離輻射按照與物質(zhì)的作用方式，通常把輻射分為兩類：電離輻射和非電離輻射。定義：凡能與物質(zhì)相互作用引起電離的輻射，統(tǒng)稱為。作用：進(jìn)入或者穿入物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生電離作用，形成離子，或者使原子的能量增加成為“受