核电站与核反应堆.ppt

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EE反应堆反应堆核电站核电站第十二章第十二章物质的微观结构物质的微观结构重核裂变时的链式反应进行得很快，大重核裂变时的链式反应进行得很快，大约约11秒种内就能产生秒种内就能产生10001000代中子，于是代中子，于是在很短的时间内便有大量核发生裂变，在很短的时间内便有大量核发生裂变，放出大量核能，发生爆炸。

放出大量核能，发生爆炸。

要利用核能作为能源而为人类造福，则要利用核能作为能源而为人类造福，则必须让核能释放的速度听从于人们的意必须让核能释放的速度听从于人们的意愿愿即人为控制重核裂变链式反应的即人为控制重核裂变链式反应的速度来获得核能。

速度来获得核能。

1942年年12月，意大利科学家月，意大利科学家E.费密领导的科费密领导的科学家小组建成了世界上第一座人工的裂变反学家小组建成了世界上第一座人工的裂变反应堆，首次实现了可控核裂变链式反应。

应堆，首次实现了可控核裂变链式反应。

1.用人工方法控制核裂变链式反应速度用人工方法控制核裂变链式反应速度并获得核能的装置，叫做反应堆。

并获得核能的装置，叫做反应堆。

一、反应堆一、反应堆2.反应堆主要由核燃料棒、减速剂、反应堆主要由核燃料棒、减速剂、控制棒、冷却系统和防护层等构成。

控制棒、冷却系统和防护层等构成。

即核反应堆是一种启动、控制并维持核裂变链即核反应堆是一种启动、控制并维持核裂变链式反应的装置。

相对于核武器爆炸瞬间所发生的失式反应的装置。

相对于核武器爆炸瞬间所发生的失控链式反应，在反应堆中核裂变的速率可得到精确控链式反应，在反应堆中核裂变的速率可得到精确的控制，其能量能够慢速释放，供人们利用。

的控制，其能量能够慢速释放，供人们利用。

普通反应堆内部结构示意图普通反应堆内部结构示意图l反应堆中的核燃料物质反应堆中的核燃料物质优做成棒状，被控制棒优做成棒状，被控制棒分散隔开。

分散隔开。

l控制棒的作用是吸收中控制棒的作用是吸收中子，将它抽出或插进反子，将它抽出或插进反应堆，可以加快、减慢应堆，可以加快、减慢或停止链式反应。

或停止链式反应。

l进入反应堆内部的水，进入反应堆内部的水，一作为减速剂，二作为一作为减速剂，二作为冷却剂。

冷却剂。

l钢制压力容器作为防护钢制压力容器作为防护层封装着核燃料。

层封装着核燃料。

控制棒控制棒：

其作用是吸收中子。

一般由其作用是吸收中子。

一般由硼、镉等易于吸收慢中子的材料制成。

硼、镉等易于吸收慢中子的材料制成。

调节控制棒插入反应堆的深度，调节控制棒插入反应堆的深度，控制吸收中子的多少，也即改变铀控制吸收中子的多少，也即改变铀235吸收中子的数量，以达到控制链吸收中子的数量，以达到控制链式反应速度的目的。

式反应速度的目的。

减速剂减速剂：

用来降低裂变产生中子的运动速度。

用来降低裂变产生中子的运动速度。

一般用水、重水、石墨等组成。

一般用水、重水、石墨等组成。

中子与质量越小中子与质量越小的核相碰，损失的动能越大，因而慢化的效的核相碰，损失的动能越大，因而慢化的效果越好。

随着所使用的慢化剂，反应堆可分果越好。

随着所使用的慢化剂，反应堆可分为水堆、重水堆、石墨堆等类型。

为水堆、重水堆、石墨堆等类型。

裂变中子能量大部分在裂变中子能量大部分在12MeV范围；中范围；中子通过和介质中原子核碰撞，逐步子通过和介质中原子核碰撞，逐步“慢化慢化”，直到能量和介质中的分子热运动达到平衡，直到能量和介质中的分子热运动达到平衡，即中子的速度被慢化。

速度越慢的中子被铀即中子的速度被慢化。

速度越慢的中子被铀235吸收而引起裂变的可能性越大。

吸收而引起裂变的可能性越大。

冷却剂冷却剂l常用水在反应堆内外循环流动，把反应常用水在反应堆内外循环流动，把反应堆产生的热量传出去，同时又起了使反堆产生的热量传出去，同时又起了使反应堆降温、冷却的作用。

应堆降温、冷却的作用。

l在核电站中一般采用两个热循环系统，在核电站中一般采用两个热循环系统，可以避免受污染的水直接进入发电机组，可以避免受污染的水直接进入发电机组，以减少对外界的污染。

以减少对外界的污染。

3.反应堆的用途反应堆的用途核裂变可释放大量能量，同时又产生大核裂变可释放大量能量，同时又产生大量中子。

因此，反应堆的用途主要可归结为量中子。

因此，反应堆的用途主要可归结为利用核能和利用中子两个方面。

利用核能和利用中子两个方面。

如利用核能可以用来发电、供热、也如利用核能可以用来发电、供热、也可以作为火箭、飞机、潜艇、航空母舰可以作为火箭、飞机、潜艇、航空母舰等的动力装置等；利用中子可以大量生等的动力装置等；利用中子可以大量生产放射性同位素、利用中子掺杂技术生产放射性同位素、利用中子掺杂技术生产优质半导体材料、还可以利用堆内放产优质半导体材料、还可以利用堆内放出的中子治疗癌症等。

出的中子治疗癌症等。

核反应堆分类：

核反应堆分类：

将中子束用于实验或将中子束用于实验或利用中子束的核反应，包括研究堆、材料实利用中子束的核反应，包括研究堆、材料实验等。

验等。

生产放射性同位素的核反应堆。

生产放射性同位素的核反应堆。

生产核裂变物质的核反应堆，称为生产堆。

生产核裂变物质的核反应堆，称为生产堆。

提供取暖、海水淡化、化工等用的热量的提供取暖、海水淡化、化工等用的热量的核反应堆，比如多目的堆。

核反应堆，比如多目的堆。

为发电而发为发电而发生热量的核反应，称为发电堆。

生热量的核反应，称为发电堆。

用于推用于推进船舶、飞机、火箭等到的核反应堆，称为进船舶、飞机、火箭等到的核反应堆，称为推进堆。

推进堆。

主要由慢（快）中子起作用的核反应堆，主要由慢（快）中子起作用的核反应堆，叫做热（快）中子堆。

由于热中子堆所需叫做热（快）中子堆。

由于热中子堆所需的核燃料（铀或钚）较少，并且较易控制，的核燃料（铀或钚）较少，并且较易控制，所以现在核电站使用的反应堆大都是所以现在核电站使用的反应堆大都是热中热中子堆子堆。

快中子堆快中子堆需要装进更多的核燃料，但可利需要装进更多的核燃料，但可利用来增殖钚，加深核燃料的利用率。

如制用来增殖钚，加深核燃料的利用率。

如制造原子弹时。

造原子弹时。

核反应堆分类核反应堆分类二、二、核电站核电站反反应应堆堆蒸汽发生器蒸汽发生器冷却剂冷却剂蒸汽蒸汽水水汽轮机汽轮机发电机发电机冷凝器冷凝器汞汞汞汞水泥防护层水泥防护层核岛核岛常规岛常规岛利用反应堆中的核燃料裂变放出的核能转利用反应堆中的核燃料裂变放出的核能转变为电能的发电厂。

变为电能的发电厂。

随着石油和煤炭资源日渐稀缺，核能发电开始受随着石油和煤炭资源日渐稀缺，核能发电开始受到重视。

到重视。

核电站的基本构成及基本原理核电站的基本构成及基本原理核电站由核岛、常规岛及配套设施组成。

核电站由核岛、常规岛及配套设施组成。

核电站与一般电厂的区别主要在核岛部分，核电站与一般电厂的区别主要在核岛部分，核岛的主要部分是反应堆。

核岛的主要部分是反应堆。

核电站的核心装置是提供核能的反应堆，核电站的核心装置是提供核能的反应堆，堆中释放的能量要利用载热流体（水、氦堆中释放的能量要利用载热流体（水、氦气、液态金属）通过第一回路带到热交换气、液态金属）通过第一回路带到热交换器，再通过热交换器，加热工作物质，由器，再通过热交换器，加热工作物质，由第二回路送到涡轮发电机。

第二回路送到涡轮发电机。

19541954年，在库尔恰托夫的主持下，前年，在库尔恰托夫的主持下，前苏联建成了世界上第一座核电站苏联建成了世界上第一座核电站奥布灵斯克奥布灵斯克5MW5MW石墨水冷堆核电站。

从石墨水冷堆核电站。

从此人类进入了核电时代。

这种类型的此人类进入了核电时代。

这种类型的核电站目前只在原苏联和东欧少数国核电站目前只在原苏联和东欧少数国家使用。

家使用。

世界第一座核反应堆世界第一座核反应堆（天然铀（天然铀5252吨、高纯石墨吨、高纯石墨10001000多吨，总重多吨，总重14001400吨）吨）19571957年，美国的希平港压水堆核电年，美国的希平港压水堆核电站投入运行，这种核电站安全性能站投入运行，这种核电站安全性能较好，目前世界各国的核电站有较好，目前世界各国的核电站有70%70%以上属于这种类型。

我国投入运行以上属于这种类型。

我国投入运行的秦山核电站、广东大亚湾核电站、的秦山核电站、广东大亚湾核电站、在建的秦山二期、岭澳、田湾核电在建的秦山二期、岭澳、田湾核电站也是。

站也是。

压水堆核电站示意图压水堆核电站示意图秦山核电站秦山核电站1991年底投入运行年底投入运行我我国国核电起步较晚，核电起步较晚，80年代年代才动工兴建核电站。

才动工兴建核电站。

1987年开工年开工1994年全部并网发电年全部并网发电19601960年，美国的德累斯顿沸水堆核电站年，美国的德累斯顿沸水堆核电站投入运行，它主要由沸水堆本体、蒸汽投入运行，它主要由沸水堆本体、蒸汽给水系统和其它辅助系统组成。

目前这给水系统和其它辅助系统组成。

目前这种类型的核电站所占比例仅次于压水堆种类型的核电站所占比例仅次于压水堆核电站，我国目前没有这种类型的核电核电站，我国目前没有这种类型的核电站。

站。

1968年，加拿大角坎杜堆核电站运年，加拿大角坎杜堆核电站运行，它由重水堆本体、一次冷却回行，它由重水堆本体、一次冷却回路、二次回路及其它辅助系统组成。

路、二次回路及其它辅助系统组成。

目前，这种类型核电站所站比例排目前，这种类型核电站所站比例排在第三位，我国在建的秦山三期核在第三位，我国在建的秦山三期核电站即属这种类型。

电站即属这种类型。

1974年，法国建成了年，法国建成了“凤凰凤凰”示范快示范快堆核电站，它由快中子堆本体、一回堆核电站，它由快中子堆本体、一回路钠、二回路钠、三回路水及其它辅路钠、二回路钠、三回路水及其它辅助系统组成。

目前，这种类型核电站助系统组成。

目前，这种类型核电站所占比例最小，它的最大特点是在运所占比例最小，它的最大特点是在运行中能够实现核燃料的增殖，我国将行中能够实现核燃料的增殖，我国将建一座实验快（中子）堆。

建一座实验快（中子）堆。

中国快堆在建设中中国快堆在建设中三、核电是经济、安全、干净的能源三、核电是经济、安全、干净的能源首先，核能是高度浓集的能源，核电站可建首先，核能是高度浓集的能源，核电站可建立在最需要用电的地方，不受燃料运输的限制。

立在最需要用电的地方，不受燃料运输的限制。

l公斤铀裂变产生的热量相当于公斤铀裂变产生的热量相当于1公斤标准煤燃烧公斤标准煤燃烧后产生热量的后产生热量的270万倍。

因此，核电站特别适合于万倍。

因此，核电站特别适合于缺乏常规能源而又急需用电的地区，如我国的东缺乏常规能源而又急需用电的地区，如我国的东南、华南地区。

核能是后备储量最丰富的能源，南、华南地区。

核能是后备储量最丰富的能源，铀在地球上的储量相当丰富，等于有机燃料储量铀在地球上的储量相当丰富，等于有机燃料储量的的20倍。

倍。

其次，核能是清洁的能源，有利于保护其次，核能是清洁的能源，有利于保护环境。

目前，世界上环境。

目前，世界上80%的电力来自烧煤或烧的电力来自烧煤或烧油的火力发电站，燃烧后的烟气排放到大气中油的火力发电站，燃烧后的烟气排放到大气中严重污染环境。

相同规模的火电站释放出的放严重污染环境。

相同规模的火电站释放出的放射性比核电站大几倍。

煤燃烧后排放的一氧化射性比核电站大几倍。

煤燃烧后排放的一氧化碳、二氧化碳、硫化氢和苯并芘，容易形成酸碳、二氧化碳、硫化氢和苯并芘，容易形成酸性雨，使土壤酸化，水源酸度上升，对植物及性雨，使土壤酸化，水源酸度上升，对植物及水产资源造成有害影响，破坏生态平衡，苯并水产资源造成有害影响，破坏生态平衡，苯并芘还是一种强致癌物质。

一个成年人每天要呼芘还是一种强致癌物质。

一个成年人每天要呼吸约吸约14公斤的空气，火电站污染造成的死亡几公斤的空气，火电站污染造成的死亡几率是相同规模核电站的率是相同规模核电站的400倍。

同时大气中二倍。

同时大气中二氧化碳浓度增加还导致大气层的氧化碳浓度增加还导致大气层的“温室效应温室效应”。

另外，煤和石油又是重要的化工原料，大量烧另外，煤和石油又是重要的化工原料，大量烧掉十分不利于化学工业的发展，是十分可惜的掉十分不利于化学工业的发展，是十