核动力工程与辐射科学(上3b)教学内容.ppt

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1、核动力工程与辐射科学核动力工程与辐射科学(上上3b)3b)第三章第三章核电站与反应堆核电站与反应堆(B)3.4 核能发电原理核能发电原理“反应堆反应堆”-“Pile”,-Reactor 世世世世界界界界第第第第一一一一座座座座链链链链式式式式核核核核裂裂裂裂变变变变装装装装置置置置是是是是费费费费米米米米在在在在美美美美国国国国芝芝芝芝加加加加哥哥哥哥大大大大学学学学的的的的足足足足球球球球场场场场西西西西看看看看台台台台下下下下建建建建造造造造的的的的，慢慢慢慢化化化化材材材材料料料料采采采采用用用用了了了了石石石石墨墨墨墨，核核核核裂裂裂裂变变变变材材材材料料料料被被被被放放放放在在在在其

2、其其其中中中中，由由由由于于于于石石石石墨墨墨墨被被被被堆堆堆堆成成成成一一一一个个个个堆堆堆堆，故故故故称称称称为为为为“反应堆反应堆反应堆反应堆”。实实实实际际际际上上上上应应应应该该该该称称称称为为为为又又又又称称称称为为为为“原原原原子子子子锅锅锅锅炉炉炉炉”，或或或或“原原原原子子子子炉炉炉炉”。第一个反应堆第一个反应堆第一个反应堆第一个反应堆“Pile”“Pile”核电厂的反应堆核电厂的反应堆核电厂的反应堆核电厂的反应堆ReactorReactor“原子锅炉原子锅炉原子锅炉原子锅炉”能能 量量 转转 换换机械能机械能机械能机械能动力装置动力装置动力装置动力装置汽轮机汽轮机汽轮机汽轮

3、机发电机发电机发电机发电机核能核能核能核能电能电能电能电能蒸汽的动能（热能）蒸汽的动能（热能）蒸汽的动能（热能）蒸汽的动能（热能）核电厂中的能量转换与转递核电厂中的能量转换与转递 核核核核能能能能水的热能水的热能水的热能水的热能蒸汽的热能蒸汽的热能蒸汽的热能蒸汽的热能叶轮动（机械）能叶轮动（机械）能叶轮动（机械）能叶轮动（机械）能电能电能电能电能核能如何转变成热能核能如何转变成热能 冷却剂冷却剂的输热和热的输热和热量释放量释放燃料芯块燃料芯块到到冷却剂冷却剂的热量传递的热量传递蒸汽的产生蒸汽的产生蒸汽热能如何转化成电能蒸汽热能如何转化成电能 蒸汽在汽轮机蒸汽在汽轮机中作功中作功转子带动发电机发

4、电转子带动发电机发电3.3 核裂变反应堆原理核裂变反应堆原理反应堆反应堆反应堆反应堆反应堆容器反应堆容器反应堆容器反应堆容器核电站核电站核电站核电站 维持自持链式核裂变反应的条件维持自持链式核裂变反应的条件维持自持链式核裂变反应的条件维持自持链式核裂变反应的条件 易裂变材料易裂变材料易裂变材料易裂变材料fissile material fissile material 中子中子中子中子neutronneutron 临界临界临界临界 critical critical 易裂变材料易裂变材料易裂变材料易裂变材料 fissile materialfissile material 燃料棒燃料棒燃料棒燃

5、料棒 fuel rodfuel rod 中子中子中子中子 neutronneutron 中子源中子源中子源中子源 裂变产生的中子裂变产生的中子裂变产生的中子裂变产生的中子 慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂 moderatormoderator 使中子慢化的材料使中子慢化的材料使中子慢化的材料使中子慢化的材料 冷却剂冷却剂冷却剂冷却剂 coolantcoolant 从核燃料从核燃料从核燃料从核燃料“取热取热取热取热”并带走热量的介质并带走热量的介质并带走热量的介质并带走热量的介质 中子吸收材料中子吸收材料中子吸收材料中子吸收材料 neutron absorbing neutron absorbing m

6、aterialmaterial 控制中子数量的材料控制中子数量的材料控制中子数量的材料控制中子数量的材料 反射层反射层反射层反射层 reflector reflector 防止中子泄漏的材料防止中子泄漏的材料防止中子泄漏的材料防止中子泄漏的材料 反应堆是如何被控制的反应堆是如何被控制的反应堆是如何被控制的反应堆是如何被控制的?维持自持链式裂变反应的条件维持自持链式裂变反应的条件发生裂变的条件发生裂变的条件发生裂变的条件发生裂变的条件 易裂变材料易裂变材料易裂变材料易裂变材料（235U/239Pu/233U）中子中子中子中子维持裂变的条件维持裂变的条件维持裂变的条件维持裂变的条件临界临界临界临界

7、影响裂变速率的因素影响裂变速率的因素影响裂变速率的因素影响裂变速率的因素 中子中子中子中子：热中子、快中子：热中子、快中子：热中子、快中子：热中子、快中子 裂变材料的裂变材料的裂变材料的裂变材料的“浓度浓度浓度浓度”（富集度）（富集度）（富集度）（富集度）周围材料周围材料周围材料周围材料吸收中子的能力吸收中子的能力吸收中子的能力吸收中子的能力维持裂变的条件维持裂变的条件临界临界 系系系系统统统统内内内内中中中中子子子子产产产产生生生生率率率率正正正正好好好好等等等等于中子消失率于中子消失率于中子消失率于中子消失率临界状态临界状态临界状态临界状态 系系系系统统统统内内内内中中中中子子子子数数数数

8、会会会会逐逐逐逐渐渐渐渐减减减减少少少少，裂裂裂裂变量也逐渐降低变量也逐渐降低变量也逐渐降低变量也逐渐降低次临界状态次临界状态次临界状态次临界状态 系系系系统统统统内内内内产产产产生生生生的的的的中中中中子子子子多多多多于于于于损损损损失失失失的的的的中中中中子子子子，会会会会使使使使裂裂裂裂变变变变率不断增加率不断增加率不断增加率不断增加超临界状态超临界状态超临界状态超临界状态临界质量临界质量临界质量临界质量：能使得反应堆达到临界的燃料装载方式：能使得反应堆达到临界的燃料装载方式：能使得反应堆达到临界的燃料装载方式：能使得反应堆达到临界的燃料装载方式裂变、吸收、泄漏裂变、吸收、泄漏裂变、吸收

9、、泄漏裂变、吸收、泄漏反应堆内的中子反应堆内的中子来源来源来源来源 中子源中子源中子源中子源，仅用于启堆时；，仅用于启堆时；，仅用于启堆时；，仅用于启堆时；裂变裂变裂变裂变，产生中子。，产生中子。，产生中子。，产生中子。中子的利用中子的利用中子的利用中子的利用 热中子热中子热中子热中子：热中子反应堆（热堆）：热中子反应堆（热堆）：热中子反应堆（热堆）：热中子反应堆（热堆）快中子：快中子增殖堆（快堆）快中子：快中子增殖堆（快堆）快中子：快中子增殖堆（快堆）快中子：快中子增殖堆（快堆）中子的慢化中子的慢化中子的慢化中子的慢化 慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂中子的吸收中子的吸收中子的吸收中子的吸收 裂变；

10、裂变；裂变；裂变；结构材料；结构材料；结构材料；结构材料；冷却剂；冷却剂；冷却剂；冷却剂；泄漏；泄漏；泄漏；泄漏；控制材料。控制材料。控制材料。控制材料。中中 子子 源源作用作用作用作用 用用用用于于于于提提提提高高高高反反反反应应应应堆堆堆堆启启启启动动动动时时时时的的的的中中中中子子子子通通通通量量量量密密密密度度度度水水水水平平平平，以以以以使使使使源源源源量量量量程程程程核核核核测测测测量量量量仪仪仪仪器能可靠地测出中子通量密度水平，并保证反应堆安全启动器能可靠地测出中子通量密度水平，并保证反应堆安全启动器能可靠地测出中子通量密度水平，并保证反应堆安全启动器能可靠地测出中子通量密度水平

11、，并保证反应堆安全启动组成组成组成组成 中子源组件中子源组件中子源组件中子源组件(包括包括包括包括初级源初级源初级源初级源和和和和次级源次级源次级源次级源)；初初初初级级级级源源源源材材材材料料料料为为为为Po-BePo-Be源源源源或或或或CfCf源源源源，会会会会自自自自发发发发地地地地发发发发射射射射出出出出中中中中子子子子，用用用用于于于于反反反反应应应应堆堆堆堆首次启动首次启动首次启动首次启动；次级源次级源次级源次级源棒由不锈钢包壳、棒由不锈钢包壳、棒由不锈钢包壳、棒由不锈钢包壳、Sb-BeSb-Be源芯块和上下端塞组成；源芯块和上下端塞组成；源芯块和上下端塞组成；源芯块和上下端塞组

12、成；Sb-BeSb-Be源源源源是是是是一一一一种种种种稳稳稳稳定定定定源源源源材材材材料料料料，它它它它在在在在反反反反应应应应堆堆堆堆运运运运行行行行期期期期间间间间吸吸吸吸收收收收中中中中子子子子而而而而活活活活化化化化，随随随随后后后后释释释释放放放放出出出出中中中中子子子子，这这这这样样样样，在在在在反反反反应应应应堆堆堆堆低低低低中中中中子子子子通通通通量量量量密密密密度度度度期期期期间间间间(如如如如换换换换料料料料后后后后启启启启动时动时动时动时)起中子源作用。起中子源作用。起中子源作用。起中子源作用。反应堆能实现控制反应堆能实现控制反应堆能实现控制反应堆能实现控制的决定性条件

13、！的决定性条件！的决定性条件！的决定性条件！裂变产生的中子裂变产生的中子快中子（快中子（快中子（快中子（0.1MeV 0.1MeV）99.3%99.3%瞬发中子瞬发中子瞬发中子瞬发中子0.65%0.65%缓发中子缓发中子缓发中子缓发中子 裂裂裂裂变变变变后后后后百百百百万万万万分分分分之之之之一一一一秒秒秒秒左左左左右放出；右放出；右放出；右放出；能量能量能量能量约在约在约在约在1 1 2MeV2MeV范围范围范围范围内，内，内，内，速度速度速度速度为为为为14000 14000 20000 km/s20000 km/s慢中子慢中子慢中子慢中子(0.1eV)(0.1eV)裂裂裂裂变变变变后后后

14、后几几几几分分分分钟钟钟钟的的的的时时时时间间间间内逐渐释放出来内逐渐释放出来内逐渐释放出来内逐渐释放出来 平平平平 均均均均 能能能能 量量量量 约约约约 在在在在0.5MeV0.5MeV左右左右左右左右热中子热中子热中子热中子易发生裂变的中子易发生裂变的中子热中子热中子快中子快中子Fast neutron慢中子慢中子慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂moderatormoderator轻轻轻轻水水水水、重重重重水水水水、石墨等石墨等石墨等石墨等常用慢化剂常用慢化剂常用慢化剂常用慢化剂 用于使中子减速用于使中子减速用于使中子减速用于使中子减速的材料称为的材料称为的材料称为的材料

15、称为慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂HH2 2OO D D2 2OO核核核核 电电电电 站站站站 常常常常 用用用用 的的的的0.025eV0.025eV慢慢慢慢 中中中中 子子子子，又又又又称称称称为为为为热热热热中中中中子子子子(thermal neutron)碰撞碰撞碰撞碰撞减速减速减速减速1 12MeV2MeV0.025eV0.025eV石墨石墨石墨石墨易易裂变材料裂变材料 fissile materials 在在在在任任任任意意意意能能能能量量量量的的的的中中中中子子子子作作作作用用用用下下下下发发发发生生生生核核核核裂裂裂裂变变变变反应，这些核素称为反应，这些核素称为反应，这些核素称为反应

16、，这些核素称为易裂变核素易裂变核素易裂变核素易裂变核素：铀铀铀铀-235-235 铀铀铀铀-233-233 钚钚钚钚-239-239 钚钚钚钚-241-241 在天然铀中，在天然铀中，在天然铀中，在天然铀中，铀铀铀铀-235-235只占约只占约只占约只占约0.72%0.72%铀铀铀铀-238-238约约约约99.28%99.28%鈣铀云母鈣铀云母鈣铀云母鈣铀云母铜铀云母铜铀云母铜铀云母铜铀云母慢化剂慢化剂 moderator 作用作用作用作用通通通通过过过过“碰碰碰碰撞撞撞撞”使使使使高高高高能能能能中中中中子子子子慢慢慢慢化化化化（减减减减速速速速），主主主主要要要要通通通通过过过过弹弹弹弹

17、性性性性散散散散射射射射反反反反应应应应来来来来实现；实现；实现；实现；提高提高提高提高裂变发生概率裂变发生概率裂变发生概率裂变发生概率。选择慢化剂的基本条件选择慢化剂的基本条件选择慢化剂的基本条件选择慢化剂的基本条件散射截面（概率）大；散射截面（概率）大；散射截面（概率）大；散射截面（概率）大；吸收截面（概率）小，即不易俘获中子。吸收截面（概率）小，即不易俘获中子。吸收截面（概率）小，即不易俘获中子。吸收截面（概率）小，即不易俘获中子。常用材料常用材料常用材料常用材料普通水、重水、石墨等。普通水、重水、石墨等。普通水、重水、石墨等。普通水、重水、石墨等。功能功能功能功能 流过燃料表面，带走核

18、裂变产生的热量（输热）；流过燃料表面，带走核裂变产生的热量（输热）；流过燃料表面，带走核裂变产生的热量（输热）；流过燃料表面，带走核裂变产生的热量（输热）；同时使核燃料棒得到冷却（换热）。同时使核燃料棒得到冷却（换热）。同时使核燃料棒得到冷却（换热）。同时使核燃料棒得到冷却（换热）。选择冷却剂的基本条件选择冷却剂的基本条件选择冷却剂的基本条件选择冷却剂的基本条件 传热性能好；传热性能好；传热性能好；传热性能好；吸收中子能力小；吸收中子能力小；吸收中子能力小；吸收中子能力小；价廉；价廉；价廉；价廉；最好可以兼作最好可以兼作最好可以兼作最好可以兼作慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂：慢化功能好。：慢化功能好

19、。：慢化功能好。：慢化功能好。种类种类种类种类选择标准选择标准选择标准选择标准 水：水：水：水：普通水（轻水堆）普通水（轻水堆）普通水（轻水堆）普通水（轻水堆）、重水（重水堆）；、重水（重水堆）；、重水（重水堆）；、重水（重水堆）；液态金属：液态金属：液态金属：液态金属：液态金属钠、钠液态金属钠、钠液态金属钠、钠液态金属钠、钠-钾合金、钾合金、钾合金、钾合金、铅铅铅铅-铋合金（快堆）；铋合金（快堆）；铋合金（快堆）；铋合金（快堆）；气体：气体：气体：气体：二氧化碳、氦气（石墨气冷堆、高温气冷堆）。二氧化碳、氦气（石墨气冷堆、高温气冷堆）。二氧化碳、氦气（石墨气冷堆、高温气冷堆）。二氧化碳、氦气

20、（石墨气冷堆、高温气冷堆）。冷却剂冷却剂 coolant中子吸收材料中子吸收材料 neutron absorbing material功能功能功能功能 吸收多余的中子吸收多余的中子吸收多余的中子吸收多余的中子 调节功率调节功率调节功率调节功率 停堆停堆停堆停堆选择吸收材料的基本条件选择吸收材料的基本条件选择吸收材料的基本条件选择吸收材料的基本条件 吸收中子能力大吸收中子能力大吸收中子能力大吸收中子能力大 调节能力强调节能力强调节能力强调节能力强种类种类种类种类 控制棒：控制棒：控制棒：控制棒：银银银银-铟铟铟铟-镉合金；镉合金；镉合金；镉合金；可燃毒物：可燃毒物：可燃毒物：可燃毒物：三氧化二钆

21、、硼玻璃等；三氧化二钆、硼玻璃等；三氧化二钆、硼玻璃等；三氧化二钆、硼玻璃等；可溶毒物：可溶毒物：可溶毒物：可溶毒物：硼酸。硼酸。硼酸。硼酸。反反反反应应应应堆堆堆堆内内内内装装装装载载载载的的的的核核核核燃燃燃燃料料料料足足足足够够够够产产产产生生生生一一一一年年年年所所所所需需需需的的的的能能能能量量量量，如如如如何何何何控控控控制制制制这这这这些些些些核核核核燃燃燃燃料料料料不不不不是是是是在在在在短时间内全部裂变短时间内全部裂变短时间内全部裂变短时间内全部裂变，而是在一段时间（如：，而是在一段时间（如：，而是在一段时间（如：，而是在一段时间（如：一年、一年、一年、一年、1818个月）内

22、逐渐个月）内逐渐个月）内逐渐个月）内逐渐发生裂变呢？发生裂变呢？发生裂变呢？发生裂变呢？KEY:KEY:控制中子控制中子控制中子控制中子反射层反射层 reflector功能功能功能功能 将许多逃出堆芯的中子散射回来，以将许多逃出堆芯的中子散射回来，以将许多逃出堆芯的中子散射回来，以将许多逃出堆芯的中子散射回来，以减少中子漏失减少中子漏失减少中子漏失减少中子漏失；使用反射层可以降低易裂变核素的使用反射层可以降低易裂变核素的使用反射层可以降低易裂变核素的使用反射层可以降低易裂变核素的临界质量临界质量临界质量临界质量。选择反射层材料的基本条件选择反射层材料的基本条件选择反射层材料的基本条件选择反射层

23、材料的基本条件 中子散射能力大。中子散射能力大。中子散射能力大。中子散射能力大。种类种类种类种类 反射层可以使用和慢化剂同样的物质；反射层可以使用和慢化剂同样的物质；反射层可以使用和慢化剂同样的物质；反射层可以使用和慢化剂同样的物质；在许多商用反应堆中，用水作慢化剂和反射层兼作冷却剂。在许多商用反应堆中，用水作慢化剂和反射层兼作冷却剂。在许多商用反应堆中，用水作慢化剂和反射层兼作冷却剂。在许多商用反应堆中，用水作慢化剂和反射层兼作冷却剂。控制棒控制棒控制棒控制棒燃料组件燃料组件燃料组件燃料组件反应堆反应堆反应堆反应堆反应堆是如何被控制的反应堆是如何被控制的 核燃料的核燃料的核燃料的核燃料的点火

24、点火点火点火 中子源启动，发出自由中子，引中子源启动，发出自由中子，引中子源启动，发出自由中子，引中子源启动，发出自由中子，引发链式反应。发链式反应。发链式反应。发链式反应。反应堆的反应堆的反应堆的反应堆的停止停止停止停止 大量的中子被可裂变材料以外的大量的中子被可裂变材料以外的大量的中子被可裂变材料以外的大量的中子被可裂变材料以外的材料吸收掉后，链式反应就不能材料吸收掉后，链式反应就不能材料吸收掉后，链式反应就不能材料吸收掉后，链式反应就不能延续延续延续延续 反应性反应性反应性反应性控制（功率调节）控制（功率调节）控制（功率调节）控制（功率调节）反应性控制是指控制反应堆偏离反应性控制是指控制

25、反应堆偏离反应性控制是指控制反应堆偏离反应性控制是指控制反应堆偏离临界的程度临界的程度临界的程度临界的程度 3.4 反应堆的类型反应堆的类型反应堆的类型反应堆的类型 分类的方法分类的方法分类的方法分类的方法 按能量产生的原理分：按能量产生的原理分：按能量产生的原理分：按能量产生的原理分：裂变堆、聚变堆；裂变堆、聚变堆；裂变堆、聚变堆；裂变堆、聚变堆；按按按按冷冷冷冷却却却却剂剂剂剂种种种种类类类类分分分分：轻轻轻轻水水水水堆堆堆堆、重重重重水水水水堆堆堆堆、气气气气冷冷冷冷堆堆堆堆、液液液液态态态态金金金金属属属属堆堆堆堆、熔盐堆等；熔盐堆等；熔盐堆等；熔盐堆等；按慢化剂种类分：按慢化剂种类分

26、：按慢化剂种类分：按慢化剂种类分：轻水堆、重水堆、石墨堆；轻水堆、重水堆、石墨堆；轻水堆、重水堆、石墨堆；轻水堆、重水堆、石墨堆；按引起裂变的中子能量分：按引起裂变的中子能量分：按引起裂变的中子能量分：按引起裂变的中子能量分：热（中子）堆、快（中子）堆；热（中子）堆、快（中子）堆；热（中子）堆、快（中子）堆；热（中子）堆、快（中子）堆；按按按按系系系系统统统统设设设设计计计计的的的的先先先先进进进进性性性性分分分分：第第第第一一一一代代代代、第第第第二二二二代代代代、第第第第三三三三代代代代、第第第第四四四四代代代代反应堆；反应堆；反应堆；反应堆；按按按按反反反反应应应应堆堆堆堆的的的的用用用

27、用途途途途分分分分：商商商商用用用用电电电电站站站站堆堆堆堆、试试试试验验验验堆堆堆堆、同同同同位位位位素素素素生生生生产产产产堆堆堆堆、军用堆、海水淡化堆、供热堆、陆上堆、船用堆、增殖堆。军用堆、海水淡化堆、供热堆、陆上堆、船用堆、增殖堆。军用堆、海水淡化堆、供热堆、陆上堆、船用堆、增殖堆。军用堆、海水淡化堆、供热堆、陆上堆、船用堆、增殖堆。常见反应堆类型常见反应堆类型 热中子反应堆（热中子反应堆（热中子反应堆（热中子反应堆（0.0250.0250.1eV0.1eV）轻水堆轻水堆轻水堆轻水堆 Light Water Reactor(LWR)Light Water Reactor(LWR)压水

28、堆压水堆压水堆压水堆 Pressurized Water Reactor(PWR)Pressurized Water Reactor(PWR)沸水堆沸水堆沸水堆沸水堆 Boiling Water Reactor(BWR)Boiling Water Reactor(BWR)石墨慢化轻水冷却堆（石墨水冷堆）石墨慢化轻水冷却堆（石墨水冷堆）石墨慢化轻水冷却堆（石墨水冷堆）石墨慢化轻水冷却堆（石墨水冷堆）RBMKRBMK 重水堆重水堆重水堆重水堆 Heavy Water ReactorHeavy Water Reactor(HWR(HWR，eg.CANDUeg.CANDU堆堆堆堆)气冷堆气冷堆气冷堆气

29、冷堆 Gas-Cooled Reactor,GCR Gas-Cooled Reactor,GCR(石墨气冷堆；高温气冷堆石墨气冷堆；高温气冷堆石墨气冷堆；高温气冷堆石墨气冷堆；高温气冷堆HTGR)HTGR)快中子增殖堆（快中子增殖堆（快中子增殖堆（快中子增殖堆（1MeV1MeV）Fast Breeder Reactor(FBR)Fast Breeder Reactor(FBR)钠冷快堆；钠冷快堆；钠冷快堆；钠冷快堆；铅冷快堆；铅冷快堆；铅冷快堆；铅冷快堆；气冷快堆。气冷快堆。气冷快堆。气冷快堆。已有的动力反应堆类型已有的动力反应堆类型水冷堆特点：水冷堆特点：水冷堆特点：水冷堆特点：慢化能力强，

30、传热性能好慢化能力强，传热性能好慢化能力强，传热性能好慢化能力强，传热性能好()电厂热能参数低电厂热能参数低电厂热能参数低电厂热能参数低 (x)(x)(x)(x)气冷堆特点：气冷堆特点：气冷堆特点：气冷堆特点：电厂热能参数高电厂热能参数高电厂热能参数高电厂热能参数高()慢化能力弱，传热性能差慢化能力弱，传热性能差慢化能力弱，传热性能差慢化能力弱，传热性能差(x)(x)(x)(x)快堆特点：快堆特点：快堆特点：快堆特点：燃料利用率高燃料利用率高燃料利用率高燃料利用率高()电厂热能参数高电厂热能参数高电厂热能参数高电厂热能参数高()技术成熟性较差技术成熟性较差技术成熟性较差技术成熟性较差 (x)(

31、x)(x)(x)水冷堆（中子水冷堆（中子水冷堆（中子水冷堆（中子:0.025MeV 0.025MeV）轻水堆轻水堆轻水堆轻水堆 压水堆压水堆压水堆压水堆 沸水堆沸水堆沸水堆沸水堆重水堆重水堆重水堆重水堆 气冷堆（中子气冷堆（中子气冷堆（中子气冷堆（中子:0.025MeV0.025MeV）石墨气冷堆石墨气冷堆石墨气冷堆石墨气冷堆高温气冷堆高温气冷堆高温气冷堆高温气冷堆*快中子增殖堆（中子快中子增殖堆（中子快中子增殖堆（中子快中子增殖堆（中子:1MeV1MeV ）钠冷快堆钠冷快堆钠冷快堆钠冷快堆热热热热 堆堆堆堆3.5 反应堆基本结构反应堆基本结构 核电站巡游核电站巡游堆芯堆芯堆芯堆芯核燃料组件核

32、燃料组件核燃料组件核燃料组件控制棒组件和驱动机构控制棒组件和驱动机构控制棒组件和驱动机构控制棒组件和驱动机构反应堆压力容器和堆内构件反应堆压力容器和堆内构件反应堆压力容器和堆内构件反应堆压力容器和堆内构件反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统蒸汽发生器蒸汽发生器蒸汽发生器蒸汽发生器反应堆反应堆反应堆反应堆汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机安全壳安全壳安全壳安全壳（压水堆）核电站厂房（压水堆）核电站厂房 安全壳厂房安全壳厂房安全壳厂房安全壳厂房汽机厂房汽机厂房汽机厂房汽机厂房核辅助厂房核辅助厂房核辅助厂房核辅助厂房 燃料厂房燃料厂房燃料厂房燃料厂房 压水堆的组成压水堆的组成 压水

33、堆本体结构压水堆本体结构 堆芯堆芯堆芯堆芯 堆内构件堆内构件堆内构件堆内构件 压力容器压力容器压力容器压力容器 控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构 反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统堆芯的特征堆芯的特征 堆芯形状堆芯形状堆芯形状堆芯形状 圆柱形圆柱形圆柱形圆柱形 方形方形方形方形 堆芯布置堆芯布置堆芯布置堆芯布置 立式立式立式立式 卧式卧式卧式卧式 冷却剂流道冷却剂流道冷却剂流道冷却剂流道 管束型管束型管束型管束型（eg.PWR/BWReg.PWR/BWR）排管型排管型排管型排管型（eg.CANDUeg.CANDU）多孔介质型多孔介质型多孔介质型多孔介质型（eg.HTGRe

34、g.HTGR）燃料组件燃料组件燃料组件燃料组件 排列形式：正方形、三角形排列形式：正方形、三角形排列形式：正方形、三角形排列形式：正方形、三角形 数量：数量：数量：数量：15 15 1515、17 17 1717、8 8 8 8 等。等。等。等。堆芯堆芯堆芯堆芯 作用作用作用作用 核裂变链式反应的区域核裂变链式反应的区域核裂变链式反应的区域核裂变链式反应的区域压压水水堆堆本本体体结结构构控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构堆堆堆堆 芯芯芯芯筒体筒体筒体筒体出口接管出口接管出口接管出口接管上封头上封头上封头上封头下封头下封头下封头下封头入口接管入口接管入口接管入口接管压压压压

35、力力力力容容容容器器器器堆芯吊兰堆芯吊兰上栅格板上栅格板堆芯支撑部件堆芯支撑部件围板围板下栅格板下栅格板堆堆堆堆内内内内构构构构件件件件堆芯堆芯(活性区活性区)功能功能功能功能反应堆的心脏反应堆的心脏反应堆的心脏反应堆的心脏产生自持链式核裂变反应产生自持链式核裂变反应产生自持链式核裂变反应产生自持链式核裂变反应以热能形式释放裂变能以热能形式释放裂变能以热能形式释放裂变能以热能形式释放裂变能组成组成组成组成核燃料组件：核燃料组件：核燃料组件：核燃料组件：核燃料是由易裂变核素制成，通常核燃料是由易裂变核素制成，通常核燃料是由易裂变核素制成，通常核燃料是由易裂变核素制成，通常还含有可转变核素；还含有

36、可转变核素；还含有可转变核素；还含有可转变核素；慢化剂：慢化剂：慢化剂：慢化剂：使中子慢化，使中子慢化，使中子慢化，使中子慢化，仅热中子堆有仅热中子堆有仅热中子堆有仅热中子堆有；控制材料：控制材料：控制材料：控制材料：控制中子数：控制中子数：控制中子数：控制中子数：控制棒组件；控制棒组件；控制棒组件；控制棒组件；可燃毒物；可燃毒物；可燃毒物；可燃毒物；可溶毒物。可溶毒物。可溶毒物。可溶毒物。冷却剂：冷却剂：冷却剂：冷却剂：吸收热量，并带出堆芯。吸收热量，并带出堆芯。吸收热量，并带出堆芯。吸收热量，并带出堆芯。中子源组件：中子源组件：中子源组件：中子源组件：控制棒控制棒控制棒控制棒燃料组件燃料组

37、件燃料组件燃料组件压力容器压力容器压力容器压力容器中子源组件的作用：中子源组件的作用：中子源组件的作用：中子源组件的作用：反反反反应堆点火之用，以缩短应堆点火之用，以缩短应堆点火之用，以缩短应堆点火之用，以缩短反应堆启动时间，并确反应堆启动时间，并确反应堆启动时间，并确反应堆启动时间，并确保启动安全保启动安全保启动安全保启动安全压水堆堆芯压水堆堆芯压水堆堆芯压水堆堆芯堆芯堆芯堆芯堆芯堆腔堆腔堆腔堆腔换料中换料中换料中换料中新堆装料新堆装料新堆装料新堆装料反应堆的组成反应堆的组成燃料芯块控制棒控制棒控制棒控制棒燃料组件vv安安安安置置置置核核核核材材材材料料料料的的的的物物物物体体体体燃料棒燃料

38、棒燃料棒燃料棒；vv冷冷冷冷却却却却燃燃燃燃料料料料棒棒棒棒和和和和带带带带走走走走能能能能量的载体量的载体量的载体量的载体冷却剂冷却剂冷却剂冷却剂；vv使使使使中中中中子子子子慢慢慢慢化化化化的的的的物物物物体体体体慢化剂慢化剂慢化剂慢化剂；vv控控控控制制制制中中中中子子子子数数数数量量量量，即即即即控控控控制制制制功功功功率率率率的的的的物物物物体体体体控控控控制制制制棒棒棒棒。冷却剂（慢化剂）人口冷却剂（慢化剂）人口冷却剂（慢化剂）人口冷却剂（慢化剂）人口控制棒控制棒控制棒组件控制棒组件控制棒组件控制棒组件燃料芯块燃料芯块燃料棒燃料棒燃料组件燃料组件燃料组件燃料组件燃料组件燃料组件燃料

39、组件燃料组件燃料芯块燃料芯块燃料芯块燃料芯块 功能功能功能功能 含裂变材料的混合物体含裂变材料的混合物体含裂变材料的混合物体含裂变材料的混合物体 燃料的铀燃料的铀燃料的铀燃料的铀-235-235含量含量含量含量 低浓缩铀低浓缩铀低浓缩铀低浓缩铀 ：铀铀铀铀-235-235的的的的富集度富集度富集度富集度为为为为2525 （压水堆压水堆压水堆压水堆)天然铀：天然铀：天然铀：天然铀：铀铀铀铀-235-235的的的的富集度富集度富集度富集度为为为为0.720.72（重水堆重水堆重水堆重水堆）中等浓缩铀：中等浓缩铀：中等浓缩铀：中等浓缩铀：铀铀铀铀-235-235的的的的富集度富集度富集度富集度为为为

40、为12301230 （快堆快堆快堆快堆)(钚：钚：钚：钚：由铀由铀由铀由铀-238-238吸收中子产生吸收中子产生吸收中子产生吸收中子产生)芯块材料和结构材料芯块材料和结构材料芯块材料和结构材料芯块材料和结构材料 金属铀金属铀金属铀金属铀 铀混合物粉末烧结成的铀混合物粉末烧结成的铀混合物粉末烧结成的铀混合物粉末烧结成的二氧化铀二氧化铀二氧化铀二氧化铀陶瓷芯块（陶瓷芯块（陶瓷芯块（陶瓷芯块（PWRPWR等）等）等）等）陶瓷燃料陶瓷燃料陶瓷燃料陶瓷燃料和耐高温的和耐高温的和耐高温的和耐高温的石墨石墨石墨石墨结构材料（结构材料（结构材料（结构材料（HTGRHTGR）铀、钚混合铀、钚混合铀、钚混合铀、

41、钚混合氧化物燃料（氧化物燃料（氧化物燃料（氧化物燃料（MOXMOX燃料）燃料）燃料）燃料）含裂变材料铀含裂变材料铀含裂变材料铀含裂变材料铀-235-235的含量的含量的含量的含量每个陶瓷芯块为直径约每个陶瓷芯块为直径约每个陶瓷芯块为直径约每个陶瓷芯块为直径约1cm1cm1cm1cm，高度约，高度约，高度约，高度约1cm1cm1cm1cm圆柱体圆柱体圆柱体圆柱体压水堆燃料压水堆燃料压水堆燃料压水堆燃料 裂变物质：裂变物质：裂变物质：裂变物质：U U235235 燃料富集度：燃料富集度：燃料富集度：燃料富集度：25%25%物理形态：物理形态：物理形态：物理形态：UOUO2 2陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷核燃料

42、核燃料核燃料核燃料U235U238压水堆燃料组件压水堆燃料组件压水堆燃料组件压水堆燃料组件燃料棒的排列燃料棒的排列燃料棒的排列燃料棒的排列15151515或或或或17171717棒束长棒束长棒束长棒束长:约约约约34m34m燃料棒的排列：燃料棒的排列：燃料棒的排列：燃料棒的排列：15151515或或或或17171717燃料元件与燃料组件燃料元件与燃料组件燃料元件与燃料组件燃料元件与燃料组件燃料元件燃料元件燃料元件燃料元件燃料组件燃料组件燃料组件燃料组件堆芯燃料布置堆芯燃料布置堆芯燃料布置堆芯燃料布置快堆快堆快堆快堆GGG1G1G1G1G1G1G1G1G2G2G2G2G2G2G2G2G2G2G2

43、G2G2G2G2G2N1N1N1N1N1N1N1N1N1N1N1N1N1N1N1N1N2N2N2N2N2N2N2N2N2N2N2N2N2N2N2N2R RR RR RR RR RR RR RR RS SS SS SS SS SS SS SS SS SS SS SS SS SS SS SS SS S压水堆（热堆）压水堆（热堆）压水堆（热堆）压水堆（热堆）堆内构件堆内构件堆内构件堆内构件Internals堆芯吊兰堆芯吊兰堆芯吊兰堆芯吊兰上栅格板上栅格板上栅格板上栅格板下栅格板下栅格板下栅格板下栅格板堆芯支撑部件堆芯支撑部件堆芯支撑部件堆芯支撑部件围板围板围板围板作用：作用：作用：作用：承承承承载载

44、载载、定定定定位位位位、分分分分隔隔隔隔/导向流体。导向流体。导向流体。导向流体。组成：组成：组成：组成：上上上上部部部部组组组组件件件件（压压压压紧紧紧紧组组组组件）；件）；件）；件）；下下下下部部部部组组组组件件件件（吊吊吊吊兰兰兰兰组组组组件）。件）。件）。件）。压力容器压力容器压力容器压力容器Pressure Vessel 用用用用于于于于放放放放置置置置堆堆堆堆芯芯芯芯及及及及对对对对内内内内构构构构件；件；件；件；防防防防止止止止放放放放射射射射性性性性物物物物质质质质外外外外逸逸逸逸的的的的承压设备；承压设备；承压设备；承压设备；在在在在核核核核电电电电站站站站的的的的寿寿寿寿期

45、期期期中中中中一一一一般般般般“永不更换永不更换永不更换永不更换”。压力容器压力容器压力容器压力容器控制棒组件控制棒组件控制棒组件控制棒组件控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构 功能功能功能功能控制反应堆中的中子数；控制反应堆中的中子数；控制反应堆中的中子数；控制反应堆中的中子数；调节功率；调节功率；调节功率；调节功率；终止核裂变反应。终止核裂变反应。终止核裂变反应。终止核裂变反应。控制材料类型控制材料类型控制材料类型控制材料类型控制棒控制棒控制棒控制棒 银银银银-铟铟铟铟-镉合金镉合金镉合金镉合金材料，可移动。材料，可移动。材料，可移动。材料，可移动。硼酸溶液硼酸溶液硼酸

46、溶液硼酸溶液 化学补偿控制化学补偿控制化学补偿控制化学补偿控制 通通通通过过过过改改改改变变变变溶溶溶溶于于于于冷冷冷冷却却却却剂剂剂剂中中中中硼硼硼硼酸酸酸酸浓浓浓浓度度度度来来来来补偿慢的反应性变化。补偿慢的反应性变化。补偿慢的反应性变化。补偿慢的反应性变化。控制棒组件控制棒组件控制棒组件控制棒组件驱动杆驱动杆驱动杆驱动杆控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构 Control Rod Drive Mechanism,CRDMControl Rod Drive Mechanism,CRDM作用作用作用作用 使控制棒上下运动或保持在某一高度使控制棒上下运动或保持在某一高度使控

47、制棒上下运动或保持在某一高度使控制棒上下运动或保持在某一高度的机电结构的机电结构的机电结构的机电结构类型类型类型类型 磁力提升式磁力提升式磁力提升式磁力提升式（核电站）（核电站）（核电站）（核电站）磁阻马达式（潜艇）磁阻马达式（潜艇）磁阻马达式（潜艇）磁阻马达式（潜艇）组成组成组成组成 驱动杆部件驱动杆部件驱动杆部件驱动杆部件 钩爪部件钩爪部件钩爪部件钩爪部件 耐压壳部件耐压壳部件耐压壳部件耐压壳部件 磁轭部件磁轭部件磁轭部件磁轭部件 棒位指示部件棒位指示部件棒位指示部件棒位指示部件控制棒组件及控制棒驱动机构控制棒组件及控制棒驱动机构控制棒组件及控制棒驱动机构控制棒组件及控制棒驱动机构控制棒驱

48、动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒组件控制棒组件控制棒组件控制棒组件控制控制控制控制棒导棒导棒导棒导向管向管向管向管 功能和要求功能和要求功能和要求功能和要求控制反应堆中的中子数量；控制反应堆中的中子数量；控制反应堆中的中子数量；控制反应堆中的中子数量；控制中子数量的材料叫做控制中子数量的材料叫做控制中子数量的材料叫做控制中子数量的材料叫做控制材料控制材料控制材料控制材料或称或称或称或称中子吸收体中子吸收体中子吸收体中子吸收体，被放在燃料棒束之间；，被放在燃料棒束之间；，被放在燃料棒束之间；，被放在燃料棒束之间；使用吸收中子能力很大的材料；使用吸收中子能力很大的材料；使用吸

49、收中子能力很大的材料；使用吸收中子能力很大的材料；调节功率；调节功率；调节功率；调节功率；终止核裂变反应。终止核裂变反应。终止核裂变反应。终止核裂变反应。控制材料类型控制材料类型控制材料类型控制材料类型控制棒控制棒控制棒控制棒 银银银银-铟铟铟铟-镉合金镉合金镉合金镉合金材料，可移动材料，可移动材料，可移动材料，可移动可燃毒物可燃毒物可燃毒物可燃毒物 固定在堆内固定在堆内固定在堆内固定在堆内 用于在反应堆装料初期吸收中子用于在反应堆装料初期吸收中子用于在反应堆装料初期吸收中子用于在反应堆装料初期吸收中子硼酸溶液硼酸溶液硼酸溶液硼酸溶液 可缓慢地调节中子的浓度可缓慢地调节中子的浓度可缓慢地调节中

50、子的浓度可缓慢地调节中子的浓度控制棒与控制材料控制棒与控制材料控制棒与控制材料控制棒与控制材料控制控制控制控制棒驱棒驱棒驱棒驱动机动机动机动机构构构构 功能功能功能功能 流过燃料表面，带走核裂变产生的热量流过燃料表面，带走核裂变产生的热量流过燃料表面，带走核裂变产生的热量流过燃料表面，带走核裂变产生的热量 同时使核燃料棒得到冷却同时使核燃料棒得到冷却同时使核燃料棒得到冷却同时使核燃料棒得到冷却 通过换热器（蒸汽发生器，通过换热器（蒸汽发生器，通过换热器（蒸汽发生器，通过换热器（蒸汽发生器，SGSG）将热量传个其他回路）将热量传个其他回路）将热量传个其他回路）将热量传个其他回路 名称名称名称名称