核反应堆结构ppt.ppt
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1、核反应堆结构核反应堆结构哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学核反应堆与核电厂基本原理核反应堆与核电厂基本原理v反应堆的基本工作原理反应堆的基本工作原理一、一些关于核燃料的基本定义:一、一些关于核燃料的基本定义:1、核燃料:在反应堆中使用的裂变物质及可转、核燃料:在反应堆中使用的裂变物质及可转换物质称为核燃料。核燃料中必须是:换物质称为核燃料。核燃料中必须是:含有铀含有铀-235、铀、铀-233、钚、钚-239三种易裂变核素中的一种或二三种易裂变核素中的一种或二种;种;能够产生裂变并释放裂变能。能够产生裂变并释放裂变能。2、易裂变核素:任何能量的中子都能引起核裂、易裂变核素:任何能量的中子都能引起核裂变
2、的核素称为易裂变核素,如铀变的核素称为易裂变核素,如铀-235、铀、铀-233,钚,钚-239三种核素。三种核素。3、可转换核素:由于能量大于、可转换核素:由于能量大于1MeV以上的中以上的中子能够引起铀子能够引起铀-238,钍,钍-232转化,所以称这两种核转化,所以称这两种核素为可裂变核素。铀素为可裂变核素。铀-238,钍,钍-232可分别转化为钚可分别转化为钚-239及铀及铀-233所以又将它们称为可转化核素。所以又将它们称为可转化核素。4、一次核燃料和二次再生核燃料:在三种易裂、一次核燃料和二次再生核燃料:在三种易裂变核素中,由于铀变核素中,由于铀-235是存在于天然矿物中的,所是存在
3、于天然矿物中的,所以叫一次核燃料。而铀以叫一次核燃料。而铀-233和钚和钚-239是用人工方法是用人工方法制造两得到的,所以又称为二次再生核燃料。制造两得到的,所以又称为二次再生核燃料。v二、链式裂变反应二、链式裂变反应 当中子与裂变物质作用而发生核裂变反应时,裂变物质当中子与裂变物质作用而发生核裂变反应时,裂变物质的原子核通常分裂为两个中等质量数的核的原子核通常分裂为两个中等质量数的核(称为裂变碎片称为裂变碎片)。与此同时,还将平均地产生两个以上的新的裂变中子,并释与此同时,还将平均地产生两个以上的新的裂变中子,并释放出蕴藏在原子核内部的核能。在适当的条件下,这些裂变放出蕴藏在原子核内部的核
4、能。在适当的条件下,这些裂变中子又会引起周围其他裂变同位素的裂变,如此不断继续下中子又会引起周围其他裂变同位素的裂变,如此不断继续下去,这种反应过程称为链式裂变反应。去,这种反应过程称为链式裂变反应。v反应堆的分类反应堆的分类v核电厂基本原理核电厂基本原理压水堆结构概述压水堆结构概述v核电厂是利用核电厂是利用核燃料核燃料发生的受控自持链式裂变反应发生的受控自持链式裂变反应所释放的能量作为热源发电,而常规电厂则利用所释放的能量作为热源发电,而常规电厂则利用化化石燃料石燃料(如煤,燃油,天然气等如煤,燃油,天然气等)燃烧所释放的能量燃烧所释放的能量作为热源发电。作为热源发电。v压水堆核电厂约占世界
5、核电厂的压水堆核电厂约占世界核电厂的60多,我国已经多,我国已经建成的均为压水堆型核电厂,尽管各压水堆核电厂建成的均为压水堆型核电厂,尽管各压水堆核电厂在设计细节上略有不同,但压水堆核电厂在总体上在设计细节上略有不同,但压水堆核电厂在总体上已经基本定型,已经基本定型,压水堆本体压水堆本体由反应堆压力容器、堆由反应堆压力容器、堆芯、堆芯支撑结构、控制棒驱动机构等组成芯、堆芯支撑结构、控制棒驱动机构等组成。v反应堆压力容器是放置堆芯和堆内构件,防止放射反应堆压力容器是放置堆芯和堆内构件,防止放射性外泄的高压设备。它的完整性直接关系到反应堆性外泄的高压设备。它的完整性直接关系到反应堆的正常运行和使用
6、寿命,而且它在高温、高压、强的正常运行和使用寿命,而且它在高温、高压、强辐照的条件下长期工作,它的尺寸大,重量重,加辐照的条件下长期工作,它的尺寸大,重量重,加工制造精度要求高。因此是压水堆的关键设备之一。工制造精度要求高。因此是压水堆的关键设备之一。v压水堆压力容器布置非常紧凑,运行在很高的压力压水堆压力容器布置非常紧凑,运行在很高的压力下,容器内布置着堆芯和若干其他内部构件。压力下,容器内布置着堆芯和若干其他内部构件。压力容器带有偶数个容器带有偶数个(48)出入口管嘴,整个容器重量由出入口管嘴,整个容器重量由出口管嘴下部钢衬与混凝土基座出口管嘴下部钢衬与混凝土基座(兼作屏蔽层兼作屏蔽层)支
7、承,支承,可移动的上封头用螺栓与筒体固定,由两道可移动的上封头用螺栓与筒体固定,由两道“O”形形密封圈密封,上封头有几十个贯穿件,用于布置控密封圈密封,上封头有几十个贯穿件,用于布置控制棒驱动机构、堆内热偶出口和排气口。制棒驱动机构、堆内热偶出口和排气口。v堆芯是反应堆的核心部分,是放置核燃料,实现持堆芯是反应堆的核心部分,是放置核燃料,实现持续的受控链式反应,从而成为不断释放出大量能量,续的受控链式反应,从而成为不断释放出大量能量,并将核能转化为热能的场所。它相当于常规电厂中并将核能转化为热能的场所。它相当于常规电厂中释放出大量热量的锅炉。此外,堆芯又是强放射源,释放出大量热量的锅炉。此外,
8、堆芯又是强放射源,因此,堆芯结构设计是反应堆本体结构设计中最重因此,堆芯结构设计是反应堆本体结构设计中最重要的环节之一。要的环节之一。v压水堆堆芯由核燃料组件、控制棒组件、固体可燃压水堆堆芯由核燃料组件、控制棒组件、固体可燃毒物组件、阻力塞组件以及中子源组件等组成,并毒物组件、阻力塞组件以及中子源组件等组成,并由上、下栅格板及堆芯围板包围起来后,依靠吊篮由上、下栅格板及堆芯围板包围起来后,依靠吊篮定位于反应堆压力容器的冷却剂进出口管的下方。定位于反应堆压力容器的冷却剂进出口管的下方。v反应堆堆芯位于压力容反应堆堆芯位于压力容器内低于进出口管嘴处,器内低于进出口管嘴处,由由157193(相应于相
9、应于9001200MWe)个几个几何上和机械上都完全相何上和机械上都完全相同的燃料组件构成同的燃料组件构成(大大亚湾亚湾157个个)。燃料组件。燃料组件不设元件盒,冷却剂可不设元件盒,冷却剂可以发生径向交混。堆芯以发生径向交混。堆芯周围由围板束紧,围板周围由围板束紧,围板固定在吊篮上。吊篮外固定在吊篮上。吊篮外固定着热屏,用以减少固定着热屏,用以减少压力容器可能遭受的中压力容器可能遭受的中子辐照。子辐照。v反应堆堆芯设计反应堆堆芯设计的好坏对核岛的安全性、经济性和的好坏对核岛的安全性、经济性和先进性有很大的影响。一般来说,先进性有很大的影响。一般来说,它应满足下述基它应满足下述基本要求本要求:
10、1、堆芯功率分布应尽量均匀,以便使堆芯有最大、堆芯功率分布应尽量均匀,以便使堆芯有最大的功率输出;的功率输出;2尽量减小堆芯内不必要的中子吸收材料,以提尽量减小堆芯内不必要的中子吸收材料,以提高中子经济性;高中子经济性;3有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力;有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力;4有较长的堆芯寿命,以适当减少换料操作次数;有较长的堆芯寿命,以适当减少换料操作次数;5堆芯结构紧凑,换料操作简易方便。堆芯结构紧凑,换料操作简易方便。v燃料组件由燃料棒、下管座、上管座、控制棒、导向管、定燃料组件由燃料棒、下管座、上管座、控制棒、导向管、定位格架、压紧弹簧等几个部件组成。位格架、
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