核電原理
1.核電原理
1.1核電發(fā)電的基本原理
核電發(fā)電的基本原理是利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所產(chǎn)生的熱，將水加熱至高溫高壓，進而產(chǎn)生水蒸氣推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。這一過程中的能量轉(zhuǎn)換形式可概括為：
利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發(fā)電的方式，與火力發(fā)電極其相似。最大的區(qū)別是核電站以核反應堆及蒸汽發(fā)生器代替了火電站的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料（燃煤）的化學能。
想一想：核反應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍），所以核電站需要的燃料體積比同等規(guī)模的火電廠少很多。請大家思考，這意味著什么？
1.2核電站分類
按反應堆慢化劑類型的不同，核電站反應堆可以分為壓水堆（PWR）、沸水堆（BWR）、重水堆（PHWR）、氣冷堆（GCR）、石墨堆（LWGR）、快堆（FBR）等。
1.3壓水堆（pressurizedwaterreactor）
我國在運、在建反應堆絕大多數(shù)都是壓水堆。先了解一個概念——核反應堆回路（環(huán)路），這里是指核電站三個互不直接相通的管路系統(tǒng)。
壓水堆核反應堆的工作原理可以概括為：主泵將高壓冷卻劑（一般保持在120～160個大氣壓）送入反應堆。在高壓情況下，冷卻劑的溫度即使達到300℃也不會汽化。冷卻劑把核燃料放出的熱能帶出反應堆，并進入蒸汽發(fā)生器，通過數(shù)以千計的U型傳熱管（這是一回路循環(huán)系統(tǒng)），把熱量傳給管外的二回路水，使水沸騰產(chǎn)生蒸汽；一回路冷卻劑流經(jīng)蒸汽發(fā)生器后，再由主泵送入反應堆，這樣來回循環(huán)，不斷把反應堆中的熱量帶出并轉(zhuǎn)換產(chǎn)生蒸汽。從蒸汽發(fā)生器出來的高溫高壓蒸汽，推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。做過功的乏蒸汽從汽輪機排出，到冷凝器中凝結(jié)成水，再由凝結(jié)給水泵送入加熱器，重新加熱后送回蒸汽發(fā)生器（這是二回路循環(huán)系統(tǒng)）。而冷凝器中的冷卻劑是由循環(huán)水泵抽來的海水，完成冷卻使命后又排回大海（這是三回路循環(huán)）。
1.4沸水堆（BoilingWaterReactor）
沸水堆在全球核電站中也占一定比例，如日本福島核電站。從字面上來看，沸水堆就是采用沸騰的水來冷卻核燃料的一種反應堆，其工作原理為：冷卻水從反應堆底部流進堆芯，對燃料棒進行冷卻，帶走裂變產(chǎn)生的熱能，冷卻水溫度升高并逐漸氣化，最終形成蒸汽和水的混合物，經(jīng)過汽水分離器和蒸汽干燥器，利用分離出的蒸汽推動汽輪進行發(fā)電。相比壓水堆，沸水堆少了一個回路。
2.核燃料棒及核反應堆壓力容器
2.1核燃料棒
以最常見的壓水堆核電站為例，核燃料采用的鈾是低濃縮鈾，其中裂變材料鈾-235的含量為3%——5%（稱為富集度,天然鈾的鈾-235富集度為0.714%）。核燃料以鈾混合物粉末燒結(jié)成的直徑約0.95厘米，高度約1厘米的圓柱體二氧化鈾陶瓷芯塊的形式存在，幾百個芯塊疊在一起裝入直徑約1厘米,長度約3.85米，厚度為1毫米左右的細長鋯合金材料套管內(nèi)，所以叫燃料棒。鋯合金管耐高溫、耐腐蝕、高強度。289根（17×17）燃料棒組合在一起成為一個燃料組件，157個燃料組件放在反應堆壓力容器中，成為核電站發(fā)電的能量來源。
2.2核反應堆壓力容器
反應堆壓力容器是裝置核反應堆并承受其巨大運行壓力的密閉容器，也稱反應堆壓力殼。它是核電站最重要的設(shè)備之一，算是核電站的“心臟”。核電站所用的反應堆主要有輕水堆（壓水堆及沸水堆）、重水堆、氣冷堆及快堆等。由于壓力容器包容了反應堆的活性區(qū)和其他必要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)形式隨不同堆型而異。按材質(zhì)可以分為鋼制和預應力混凝土制兩類。鋼壓力容器可用于各種類型的核反應堆。預應力混凝土壓力容器已成功地用于氣冷堆，并正在探索用于其他類型的核反應堆。鋼制壓力容器是一個立式圓筒狀設(shè)備，就像一個超大號高密閉的、超級堅固的“高壓鍋”，它高約13米（4層樓高），直徑有4米（8個成年人合抱才能抱過來），由高性能合金鋼制成，壁厚達20厘米，總重達306噸，內(nèi)部可承受155個大氣壓，相當于家用高壓鍋承受能力的85倍。
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