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核科学与技术学院 第二章 核反应堆与核电厂基本原理 王建军 * 2.1 反应堆的基本工作原理 反应堆 利用轻核聚变——聚变反应堆（氘，氚等） 利用重核裂变——裂变反应堆（铀，钚等） 2.2 反应堆的分类 2.3 核电厂工作原理 压水反应堆核电厂 压水反应堆核电厂厂房布置 沸水反应堆核电厂 沸水反应堆核电厂 重水堆的特点 高温气冷堆的特点 采用石墨作慢化剂，气体作冷却剂； 高温气冷堆具有效率高、安全性好等突出优点，由于采用了密度和比热很小的气体作为工质，所以功率密度较小，堆芯体积较大； 这种堆型对管路材料的耐高温性和密封性都提出了很高的要求，目前对气体工质的热工性质也需要进一步研究。 快堆核电站流程 Sodium-Cooled Fast Reactor (SFR) Characteristics Sodium coolant 550°C Outlet Temp 150 to 500 MWe Metal fuel with pyroprocessing, or MOX fuel with advanced aqueous processing Benefits Waste minimization and efficient use of uranium resources Lead-Cooled Fast Reactor (LFR) Characteristics Pb or Pb/Bi coolant 550°C to 800°C outlet temperature 120–400 MWe 15–30 year core life Cartridge core for regional fuel processing Benefits Proliferation resistance of long-life cartridge core Distributed electricity generation Hydrogen production High degree of passive safety Gas-Cooled Fast Reactor (GFR) Supercritical-Water-Cooled Reactor (SCWR) Characteristics Water coolant at supercritical conditions 550°C outlet temperature 1700 MWe Simplified balance of plant Benefits Efficiency near 45% with excellent economics Very-High-Temperature Reactor (VHTR) Characteristics Helium coolant 1000°C outlet temperature Water-cracking cycle Benefits Hydrogen production High degree of passive safety High thermal efficiency Process heat applications Molten Salt Reactor (MSR) Characteristics Fuel: liquid fluorides of Na, Zr, U and Pu 700–800°C outlet temperature 1000 MWe Low pressure (0.5 MPa) Benefits ‘Final burn’ transmutation Avoids fuel development Proliferation resistance through low fissile material inventory U.S. Product Team Leader: Dr. Charles Forsberg (ORNL) * Harbin Engineering University * 核科学与技术学院 Harbin Engineering University 核燃料 反应堆中使用的裂变物质及可转换物质的统称 主要指U，Pu易裂变同位素 其功用主要用来产生裂变并放出裂变能量 易裂变核素 与任何能量中子都能发生裂变反应的核素 主要指U-235，U-233和Pu-239三种同位素 其中只有U-235是自然界天然存在的 可裂变核素（可转换核素） 在一定能量中子作用下可生成易裂变核素 主要指U-238，Th-232同位素 一次核燃料 天然存在于自然界的易裂变核素称为一次核燃料 二次（再生）核燃料 由人工方法制备的易裂变核素称为二次核燃料 特指U-235的质量