核电基本知识(福清).pdf

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原子和原子核

原子是由质子、中子和电子组成的。世界上一切物质都是由原子构成的,任何原子都是由带

正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的。原子的质量大部分都集中在原子核里,一

个原子的质量数就相当于其原子核的质量数,即质子数与中子数之和。一个铀-235原子有92个

电子,其原子核由92个质子和143个中子组成。50万个原子排列起来相当一根头发的直径。

如果把原子比作一个巨大的宫殿,其原子核的大小只是一颗黄豆,而电子相当于一根大头针的针

尖。

别看原子核小,它内部蕴藏的能量却不小。例如,核电站所用的核燃料中有效成分是铀-235,

如果能让1千克铀-235的原子核全部分裂成碎片(裂变),则它可以释放出相当于2700吨标

准煤完全燃烧所放出的能量。由此可见,原子核内部蕴藏的能量是何等巨大。

怎样使铀-235的原子核分裂从而使内部蕴藏的巨大能量释放出来呢?科学家们经过实验和

研究发现,当一个铀-235原子核在吸收了一个能量适中的中子后,这个原子核由于内部不稳定

而分裂成两个或多个质量较小的原子核(称为裂变碎片),这个现象叫作核裂变。每次核裂变可

释放出约200兆电子伏能量和2~3个新的中.

3.链式裂变反应

由于每次核裂变可释放出2~3个新的中子,由此,只要条件适当,这些新的中子就可以使其

他的原子核发生新的裂变,释放出更多新的中子,从而使核裂变反应持续进行下去,形成所谓的

链式裂变反应,使原子核内的能量(核能)被源源不断地释放出来。

1.什么是核电站

核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力

设施。它与我们常见的火力发电厂一样,都用蒸汽推动汽轮机旋转,带动发电机发电。

它们的主要不同在于蒸汽供应系统。火电厂依靠燃烧化石燃料(煤、石油或天然气)释

放的化学能制造蒸汽,核电站则依靠核燃料的核裂变反应释放的核能来制造蒸汽。

产生核裂变反应的设备叫做反应堆。用于发电的反应堆有压水堆、重水堆、沸水堆、

高温气冷堆、铀冷快堆等,当前世界上建得最多的是压水堆核电站。

压水堆核电站总体布置图

核反应堆是核电站的核心设备。它的作用是维持和控制链式裂变反应。产生核能,

并将核能转换成可供使用的热能。

核反应堆的心脏是堆芯,由核燃料组件和控制棒组件组成。堆芯装载在一个密闭的

大型钢质容器—压力容器中。压力容器高10多米、直径约4米、壁厚200毫米左右,

重达400-500吨,能耐高温、高压和辐照,非常坚固。

3.什么是核蒸汽供应系统

核蒸汽供应系统是核电站中利用核能产生蒸汽的系统。它的作用相当于火电厂中的

锅炉蒸汽系统,但它比锅炉蒸汽系统复杂得多。压力堆核蒸汽供应系统由核反应堆、蒸

汽发生器、主循环泵、稳压器及相应的连接管道组成。管道中的冷却剂(一回路水)主

循环泵的驱动下流过核反应堆,吸收由链式裂变反应产生的热量,然后进入蒸汽发生器,

把热量传给在管外流过的二回路水,使其变成蒸汽,利用蒸汽推动汽轮发电机发电。

核蒸汽供应系统核汽轮发电机系统示意图

核电站的燃料是铀,其有效成分是其中的铀-235,含量为3%左右。核燃料被烧结成

一个个圆柱状的二氧化铀陶瓷体芯块,叠装在用锆合金做成的包壳管中,做成一根根细

长的燃料棒,再把这些燃料棒按一定规则组装成一个个燃料组件,就可供核电站使用。

核电站的反应堆芯内有100多个这样的核燃料组件,总重量达几十吨。

燃料棒核燃料组建断面图

5.控制棒组件

核反应堆的开、停和核功率的调节都由控制棒控制。控制棒内的材料能强烈吸收中

子,可以控制反应堆内链式裂变反应的进行。控制棒也组装成组件的形式。反应堆不运

行时,控制棒插在堆芯内。开堆时将控制棒提起,运行中根据需要调节控制棒的高度。

一旦发生事故,全部控制棒会自动快速下落,使反应堆内的链式裂变反应停止。

6.蒸汽发生器

蒸汽发生器是核电站中仅次于压力容器的重型设备。它的作用是把一回路水从核反

应堆中带出的热量传给二回路水,并使其变成蒸汽。

蒸汽发生器内部有几千根薄壁传热管,呈倒U形布置。一回路水在传热管内流动,

二回路水在管外流动。蒸汽在蒸汽发生器的上部形成。

7.什么是安全壳(反应堆厂房)

安全壳是核电站的标志性建筑材

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