第2章核反应堆与核电厂基本原理
核反应堆与核电厂基本原理
01
反应堆基本工作原理——链式裂变反应
03
核电厂基本工作原理
05
核电厂系统设备功能
02
反应堆分类
04
核电厂厂房结构
06
核电厂安全文化
教学内容
几个定义：
1
聚变反应，裂变反应
2
核燃料，一次核燃料，二次再生核燃料，铀233，235，钚239
3
易裂变核素，可转换核素，铀238，钍232
6
fusion reaction
7
1克铀-235的裂变能＝2700kg 标煤燃烧能量
热能利用：发电，供热，或者动力
生产新的核燃料，
生产放射性同位素，医疗，钴60
进行中子的其它应用和科研，中子成像
反应堆的功能：
反应堆的分类
1
生产堆
2
动力堆
3
研究堆
4
发电增值两用堆
按使用目的分类
01
快中子堆 中子能量>1 MeV
主要指下述一些辅助系统的设备：控制反应性提供硼酸的系统，辅助给水系统；设备冷却水系统
核岛中不属于安全一、二、三级的设备为非核安全等级。
安Байду номын сангаас一级
安全二级
安全三级
安全四级
安全分级
核电厂安全设计准则
与其他电能生产相比，核电厂的最大特点之一，是在运行同时要产生大量放射性裂变物质。核电厂设计的首要问题，就是要在正常工况或事故工况下，能把这些放射性物质严加控制，把对个人的照射减少到可接受的水平，确保工作人员与公众的安全。为此，许多国家都规定了严格的核电厂建造审批程序，制订各种安全规范及设计准则。核电厂采取比常规能源系统高得多的设计、建造和运行标准，采用比常规工业严密得多的质量控制与质量保证体系。核电厂采用的安全性准则是多重屏障与纵深防御；在设计中必须对各种可预见和不可预见的事件作出分析，并作出环境影响评价。与此相应，核电厂必须有确定可靠的反应堆保护系统与专设安全设施，以尽量减轻由于设备、系统失效、操作失误以及像地震、飞机坠落、洪水、龙卷风等自然灾害可能造成的危害。
核电站工作原理
核电站工作原理核电站是一种利用核能产生电能的设施，它的工作原理基于核裂变或核聚变反应。
核电站通常由核反应堆、冷却系统、发电机和安全系统等组成。
下面将详细介绍核电站的工作原理。
1. 核反应堆核反应堆是核电站的核心部分，它包含燃料棒、控制棒和反应堆压力容器等。
燃料棒中含有可裂变的核燃料，如铀或钚。
当裂变反应发生时，会释放出大量的热能。
2. 核裂变反应核裂变反应是核电站产生能量的关键过程。
当中子与核燃料中的裂变性核素碰撞时，会使核燃料裂变成两个或更多的碎片，并释放出中子和大量的热能。
这些中子会继续与其他核燃料发生碰撞，从而形成连锁反应。
通过控制棒的调节，可以控制反应的速率和强度。
3. 冷却系统核反应堆产生的热能需要通过冷却系统散发出去，以保持反应堆的稳定运行。
冷却系统通常采用水或重水作为冷却剂，通过循环流动来吸收和带走热能。
在核反应堆中，冷却剂与燃料棒之间通过热交换器进行热能传递。
4. 蒸汽发电核反应堆产生的热能会使冷却剂中的水蒸发为高温高压的蒸汽。
蒸汽会被导入蒸汽涡轮机中，使涡轮旋转。
涡轮与发电机相连，通过转动轴产生电能。
蒸汽在涡轮中释放出热能后，会被冷却系统重新循环，形成闭合的循环系统。
5. 安全系统核电站的安全系统是确保核反应堆安全运行的重要组成部分。
安全系统包括紧急停堆装置、冷却剂泄漏探测器、压力控制系统等。
当发生异常情况时，安全系统会自动启动，采取相应的措施来保护反应堆和人员的安全。
总结：核电站的工作原理是基于核裂变反应产生热能，通过冷却系统将热能转化为蒸汽，再利用蒸汽驱动发电机产生电能。
核电站的工作原理严格遵循安全措施，确保反应堆的稳定运行。
核能作为一种清洁、高效的能源形式，对于满足全球能源需求和减少碳排放具有重要意义。
核反应堆的工作原理和构造
核反应堆的工作原理和构造核反应堆是一种利用核裂变或核聚变反应产生能量的装置。
它是核能利用的重要设施，广泛应用于核电站、核动力舰艇和核研究等领域。
本文将介绍核反应堆的工作原理和构造。
一、核反应堆的工作原理核反应堆的工作原理基于核裂变或核聚变反应。
核裂变是指重核（如铀、钚等）被中子轰击后分裂成两个或多个轻核的过程，同时释放出大量的能量和中子。
核聚变是指轻核（如氘、氚等）在高温高压条件下融合成重核的过程，同样释放出巨大的能量。
核反应堆利用核裂变反应来产生能量。
在核反应堆中，将可裂变材料（如铀-235）装入燃料棒中，然后将燃料棒组装成燃料组件。
燃料组件被放置在反应堆的反应堆压力容器中。
当中子进入燃料组件时，会与铀-235核发生碰撞，使其裂变成两个轻核，并释放出大量的能量和中子。
这些中子会继续与其他铀-235核发生碰撞，形成连锁反应，从而产生更多的能量和中子。
为了控制核反应堆的反应速率，需要使用控制棒。
控制棒由吸中子材料（如硼、银等）制成，可以吸收中子，从而减缓或停止核反应。
通过调整控制棒的位置，可以控制核反应堆的功率输出。
二、核反应堆的构造核反应堆的构造主要包括反应堆压力容器、燃料组件、冷却剂、控制系统和安全系统等。
1. 反应堆压力容器：反应堆压力容器是核反应堆的主要组成部分，用于容纳燃料组件和冷却剂，并承受核反应过程中产生的高温高压。
反应堆压力容器通常由厚重的钢材制成，具有良好的密封性和强度。
2. 燃料组件：燃料组件是核反应堆中的核燃料载体，通常由燃料棒和燃料包壳组成。
燃料棒内装有可裂变材料，如铀-235，燃料包壳则起到保护燃料棒和防止核燃料泄漏的作用。
3. 冷却剂：冷却剂在核反应堆中起到冷却燃料和控制反应速率的作用。
常用的冷却剂包括水、重水、氦气等。
冷却剂通过循环流动，带走燃料棒中产生的热量，并将其转移到蒸汽发生器中，进而产生蒸汽驱动涡轮发电机组发电。
4. 控制系统：核反应堆的控制系统用于控制核反应的速率和功率输出。
核电站的核反应堆是如何运行的
核电站的核反应堆是如何运行的核电站的核反应堆是通过利用核裂变反应来产生能量的一种设备。
核裂变反应是指将重原子核分裂成两个或更多的碎片，同时释放出大量能量的过程。
下面将详细介绍核电站的核反应堆是如何运行的。
一、核电站的基本构成核电站一般由核反应堆、冷却系统、控制系统、辐射屏蔽和发电机组成。
核反应堆是核电站的核心部件，主要用于产生热能。
冷却系统负责将核反应堆中产生的热能带走，并将其转化为蒸汽。
控制系统用于控制核反应堆的运行状态。
辐射屏蔽用于防止辐射泄露。
发电机则通过蒸汽驱动发电。
二、核反应堆的工作原理核反应堆的工作原理基于核裂变反应。
核裂变反应是通过轰击一定速度与精确能量的中子来撞击核燃料，使得核燃料发生裂变反应，从而产生大量的热能。
核反应堆中的核燃料通常采用铀或钚等放射性元素。
核反应堆中的燃料棒是核反应的关键部件。
燃料棒是由包裹着放射性燃料的金属或陶瓷制成的柱状物体。
在核反应堆中，多个燃料棒被排列在一起形成燃料组件。
燃料组件中的燃料棒在裂变反应中会产生大量的热能和中子。
为了控制核反应堆的反应过程，需要使用控制棒。
控制棒由吸中子材料制成，其主要作用是吸收中子，减缓核反应堆中的裂变反应速度。
通过调整控制棒的深入程度，可以控制反应堆的输出功率和稳定工作状态。
核反应堆的核裂变反应产生的热能会通过冷却剂带走。
冷却剂一般是水或重水，它与燃料棒之间通过热交换的方式实现热能传递。
冷却剂在核反应堆中发生沸腾，产生的蒸汽经过再热和高压后进入蒸汽涡轮发电机组，最终产生电能。
三、核反应堆的安全措施核反应堆的运行需要严格的安全措施。
主要包括以下几个方面：1. 核反应堆的设计：核反应堆的设计需要充分考虑安全性，并采取措施确保核反应堆的稳定性及避免事故发生。
2. 辐射屏蔽：核反应堆周围会设置辐射屏蔽，以防止辐射泄露，保护工作人员和环境的安全。
3. 控制棒：控制棒的调控非常重要，它可以调整核反应堆的输出功率和稳定性，及时响应异常情况。
九年级物理核电站知识点
九年级物理核电站知识点核电站是利用核能进行发电的设施，通过核反应堆中的核裂变或核聚变过程产生大量热能，再转化为电能供应给广大人民群众。
它是一种清洁能源，减少了对传统能源的依赖，同时也减少了对环境造成的污染。
本文将介绍九年级物理课程中关于核电站的重要知识点。
一、核反应堆原理（200字）核反应堆是核电站中最核心的设备，主要用于储存和控制核反应。
核反应堆的工作原理是通过控制反应堆内的核裂变或核聚变过程，从而产生大量的热能。
当核反应堆内的核燃料发生裂变或聚变反应时，会释放出大量的热能，通过冷却剂与工质进行热交换，将热能转化为电能。
二、核燃料（200字）核燃料是核反应堆中用于产生核裂变或核聚变反应的物质。
常见的核燃料有铀（U）和钚（Pu）。
核燃料需要经过特殊的加工和制备工艺才能使用。
在核反应堆中，核燃料起到产生裂变或聚变反应的作用，产生的能量被吸收和利用。
三、核链式反应（200字）核链式反应是核反应堆内核燃料发生裂变或聚变反应的过程。
在核链式反应中，一个裂变或聚变的核反应会引发更多的核反应，从而以几何级数的形式增加核反应的数量。
核链式反应需要在合适的条件下进行控制，以确保反应持续平稳且可控。
四、核反应堆的构造（200字）核反应堆由核燃料组件、冷却剂、反应控制系统和辅助设备等组成。
核燃料组件一般采用燃料棒的形式，将核燃料嵌入到金属或陶瓷材料中，并按照一定的规则排列。
冷却剂用于控制核反应堆中产生的热量，常用的冷却剂有水、气体和液态金属等。
反应控制系统用于控制裂变或聚变反应的速率，确保反应的稳定性和持续性。
五、核电站的安全问题（200字）核电站是一项高风险的技术，安全问题一直备受关注。
核电站需要严格的安全措施和监测系统，以确保运营过程中不发生事故或泄漏。
核电站必须具备多重保护和应急系统，如紧急冷却系统、压力释放系统等。
此外，核电站的选址也需要考虑地质和气象等因素，以减小事故的风险。
六、核电站与环境保护（200字）相比传统的化石燃料发电厂，核电站具有更低的碳排放和环境影响。
核电站的原理和工作流程
核电站的原理和工作流程核电站是利用核裂变或核聚变来产生能量的设施，是一种清洁、高效的能源发电方式。
核电站的工作原理涉及复杂的反应过程和工程系统，下面将详细介绍核电站的原理和工作流程。
核电站的原理核电站利用放射性核素的核裂变反应释放出的能量来驱动发电机产生电能。
核电站主要采用核裂变反应，将核燃料（如铀或钚）置于反应堆内，通过控制裂变反应引发链式反应。
在核裂变反应中，原子核被撞击分裂成两个或多个较小的核子，伴随释放出大量的能量和中子。
核裂变反应释放的能量被吸收并转化为热能，通过冷却剂（如水）将核燃料的热能传递给发电机，使其旋转产生电能。
核电站还通过控制杆、冷却剂等系统来控制核裂变反应的速率，确保反应过程稳定和安全。
核电站的工作流程核电站的工作流程主要包括以下几个步骤：1.核燃料供给：核电站将铀或钚等核燃料装入反应堆，开始核裂变反应。
2.核裂变反应：在反应堆内，核燃料经过控制杆的调节，产生核裂变反应释放能量。
3.热能转化：核裂变反应释放的能量被吸收，转化为热能。
冷却剂循环流经反应堆，将核燃料的热能传递给发电机系统。
4.发电：通过受热的冷却剂驱动蒸汽涡轮机旋转，产生机械能，最终驱动发电机产生电能。
5.电能输出：发电机产生的电能通过变压器升压后送入电网，供应给用户使用。
6.废物处理：在核裂变反应中会产生放射性废物，核电站需要安全处理和处置这些废物，以防造成环境污染和辐射泄漏。
以上就是核电站的基本工作流程，通过合理设计和运行，核电站可以稳定、高效地产生清洁能源，为社会和经济发展提供可靠的电力支持。
核电站不仅为能源领域的发展做出贡献，同时也需要高度重视安全措施，确保人员和环境的安全。
第二章 核电站工作原理与系统
宋长华
一、核电站工作原理
1、什么叫核电站？ 什么叫核电站？ 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。反应堆是核电站的关键设备， 设施。反应堆是核电站的关键设备，链式 裂变反应就在其中进行。 裂变反应就在其中进行。
将原子核裂变释放的核能转换成热能， 将原子核裂变释放的核能转换成热能， 再转变为电能的系统和设施， 再转变为电能的系统和设施，通常称为 核电站。 核电站。
5
二、核电站类型
2、沸水堆核电站 --------------------以沸水堆为热源的核电站 --------------------以沸水堆为热源的核电站。图 以沸水堆为热源的核电站。 沸水堆是以沸腾轻水 为慢化剂和冷却剂并在反应 堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。 堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。 沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、 沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、 安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。 安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。 它们都需使用低富集铀作燃料。 它们都需使用低富集铀作燃料。 沸水堆核电站系统有：主系统（包括反应堆）； 沸水堆核电站系统有：主系统（包括反应堆）； 蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等 蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等。
二、核电站类型
世界上目前建造核电站情况 核电自50年代中期问世以来 年代中期问世以来， 核电自50年代中期问世以来，目前已取得长足的 发展。 1999年中期 世界上共有436座发电用 年中期， 发展。到1999年中期，世界上共有436座发电用 核反应堆在运行，总装机容量为350676兆瓦 兆瓦。 核反应堆在运行，总装机容量为350676兆瓦。正 在建造的发电反应堆有30座 在建造的发电反应堆有30座，总装机容量为 21642兆瓦 21642兆瓦。 兆瓦。 目前世界上有33个国家和地区有核电厂发电 个国家和地区有核电厂发电， 目前世界上有33个国家和地区有核电厂发电，核 发电量占世界总发电量的17％， ％，其中有十几个国 发电量占世界总发电量的17％，其中有十几个国 国家和地区核电发电量超过各种的总发电量的四 分之一，有的国家超过70％。据资料估计，到 分之一，有的国家超过70％。据资料估计， ％。据资料估计 2005年核电厂装机容量将达到 2005年核电厂装机容量将达到388567兆瓦 年核电厂装机容量将达到388567兆瓦
核反应堆知识点
核反应堆知识点核反应堆是用来产生核能的设备，它通过核裂变或核聚变反应释放大量能量。
核反应堆广泛应用于能源生产、医疗、工业和科研等领域。
本文将介绍核反应堆的基本原理、构造、种类以及其在不同领域的应用。
一、核反应堆的基本原理核反应堆利用核裂变或核聚变反应过程中释放的能量来产生热能或电能。
核裂变是指重核（如铀、钚等）在吸收中子后分裂成两个或更多的轻核的过程，这种过程会释放大量的能量。
而核聚变是指轻核（如氢）在高温、高压条件下融合形成较重的核，释放出更大的能量。
核反应堆的基本原理是通过控制中子的释放和吸收来控制核裂变或核聚变过程。
当中子被引入反应堆中，它们会与核燃料发生作用，进而引发核反应。
核反应堆中的反应物质通常是铀或钚等可裂变材料，也可以是氢等可聚变材料。
二、核反应堆的构造核反应堆由反应堆堆芯、冷却剂、控制棒、反应堆容器等部分组成。
1. 反应堆堆芯：反应堆堆芯是核反应堆中最重要的部分，它包含核燃料和中子俘获材料。
核燃料是指发生裂变或聚变反应的物质，通常是铀、钚等放射性物质。
中子俘获材料用于控制中子流，常见的材料包括硼、银等。
2. 冷却剂：冷却剂是用来带走反应堆产生的热能，同时也起到控制温度的作用。
常见的冷却剂包括水、氦气等。
不同类型的反应堆使用不同的冷却剂。
3. 控制棒：控制棒用来控制核反应堆中的中子流量，调节核反应堆的反应速率。
通过插入或抽出控制棒，可以增加或减少中子的释放和吸收。
4. 反应堆容器：反应堆容器是包围核反应堆堆芯的壳体，用来防止辐射泄漏。
反应堆容器通常由厚重的混凝土或钢铁构成，具有很强的防护能力。
三、核反应堆的种类核反应堆按照不同的原理和用途可以分为热中子堆、快中子堆和聚变堆三种主要类型。
1. 热中子堆：热中子堆以热中子作为反应物质，主要用于能源生产。
其反应过程通过控制中子的发射和吸收来调节反应堆的能量输出。
2. 快中子堆：快中子堆以快中子作为反应物质，主要用于产生放射性同位素、进行核辐射疗法和研究物质结构等。
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Kr
2
01n
E m*c2 200Mev
1克铀-235的裂变能＝2700kg 标煤燃烧能量
核聚变比核裂变更节省核燃料，太阳能实际上是太阳 中进行的核聚变的产物，本质上也是核能。我们现在利 用的煤炭、石油、水力等能源，都是由太阳能转化而来， 溯其源也是核能。因此可以说，人类利用和赖以生存的 一切能源，直接或间接都来自核能。
10
11
压水堆核电厂原理图
12
三 环 路 压 水 堆 一 回 路 系 统
13
沸水堆核电厂原理图
14
核电厂选址
核电厂选址比火电厂具有更高的安全要求。选择核电厂的厂址工作，涉 及区域经济发展规划等因素，跟气象、地质、地震和水文等自然条 件有关，还与安全、环境有重要关系，因此，它受到政府、环境保 护部门和周围民众的普遍重视。
4
反应堆的分类
反应堆的功能： 1 热能利用：发电，供热，或者动力 2 生产新的核燃料， 3 生产放射性同位素，医疗，钴60 4 进行中子的其它应用和科研，中子成像
5
按使用目的分类
生产堆 动力堆 研究堆 发电增值两用堆
6
按引起核裂变的中子能量分类
快中子堆 中能中子堆 热中子堆
中子能量>1 MeV 0.1 MeV> 中子能量>0.1 eV 0.1 eV> 中子能量>0.0251 eV
三废区：主要由废液贮存、处理厂房，固化厂房，弱放废物库，固体废物 贮存库，特种洗衣房和特种汽车库等组成。
供排水区：主要有循环水泵房，输水隧洞，排水渠道，淡水净化处理车间， 消防站，高压消防泵房，排水泵房等组成。
放射性的排放量。如果放射性废气排放量很大，电厂就不宜建在城镇 居民中心附近;如果废水放射性排放量很大，电厂废水就不能直接向江 河湖海中排放。具体允许排放量，需根据放射性物质的毒性、厂址的 环境稀释能力、居民点离电厂的距离和居民的饮食习惯来决定。设计 上要求核电厂在极限事故工况下的放射性物质释放量不应达到对居民 健康和安全造成超过我国国家核安全局关于核电厂厂址选择所规定的 严重危害后果的程度。
第二章
核反应堆与核电厂基本原理
1
教学内容
➢ 反应堆基本工作原理——链式裂变反应 ➢ 反应堆分类 ➢ 核电厂基本工作原理 ➢ 核电厂厂房结构 ➢ 核电厂系统设备功能 ➢ 核电厂安全文化
2
反应堆的基本工作原理
几个定义： 聚变反应，裂变反应
2 1
H
13H
24He01n
核燃料，一次核燃料，二次再生核燃料，铀233，235，钚239
核电厂厂房布置以反应堆厂房为中心，辅助厂房，燃料贮存厂房，主控 制楼和应急柴油发电机厂房均环绕在反应堆厂房周围。对于双单元 核电厂也可采用对称布置，并共用部分辅助厂房。
19
核电厂的厂区的几个部分
核心区：主要由核岛和常规岛组成，包括反应堆厂房，辅助厂房，燃料贮 存厂房，主控制室，应急柴油发电机厂房，汽轮发电机厂房等。
。归结起来，核电厂选址应考虑核电厂本身特性、厂址自然条件和技术 要求以及辐射安全等三个方面。
15
核电厂本身特性
核反应堆是一个强大的放射源。核电厂的热功率决定了反应堆内放
射性的总贮量， 在相同的运行条件下，堆内放射性的总量与功率成正 比，因而在发生事故时可能释放的放射性也与功率有关。
反应堆燃料棒运行时的破损率、反应堆冷却剂系统的泄漏率 和放射性废物处理系统的净化能力等决定了电厂在正常运行时
18
总平面布置设计原则
核电厂的厂址选定后，在总平面布置设计时应考虑以下原则：
合理区分放射性与非放射性的建筑物，使净区和脏区严格分开，脏区尽 可能置于主导风向的下风侧，以减少放射性污染。
满足核电厂生产工艺流程要求，便于设备运输，减少厂区管线的迂回和 纵横交叉。
反应堆厂房、辅助厂房和燃料厂房，都应设在同一基岩的基垫层上，防 止因厂房承载或地震所产生的沉降差异而造成管线断裂。
反应堆正常运行时按“放射防护规定”对附近居民的剂量限值为每年全 身5×10-3Sv；在核电厂发生重大的假想事故情况下，应保证居民不 受超过规定的剂量限值的照射。
人口密度分布是目前选址要考虑的一个重要因素，但不是唯一因素，需 综合考虑厂址的其它各种条件，随着技术水平和安全研究的不断发 展，核电厂的设计和安全设施的日趋完善可靠，特别是随着核电厂 建造和运行经验的不断积累，人口密度分布限制会进一步减小，甚 至有可能在靠近大城市的位置建造核电厂。
易裂变核素，可转换核素，铀238，钍232
天然铀，富集铀，贫铀
链式反应
U 235
92
01n
15461Ba
ห้องสมุดไป่ตู้
92 36
Kr
2 01n
核裂变反应堆与原子弹的相同点与区别?
反应堆为何称之为‘堆’？
3
聚变
2 1
H
13H
24He01n
E m*c2 17.6Mev
裂变
U 235
92
01n
15461Ba
92 36
16
厂址的自然条件和技术要求
厂址的自然条件必须满足核电厂选址的技术要求，应尽可能地避免或减 少自然灾害（如地震、洪水及灾难性气象条件）造成的后果，并应 有利于排出的放射性物质在环境中稀释。
地震 海啸 气象 水源水文 交通运输比较方便
17
辐射安全要求
辐射安全的角度看，电厂正常运行时排放的放射性废物对环境的影响很 小，对选址有影响的主要还是核电厂事故时可能对居民造成的危害， 所以，通常一个国家的核电厂选址标准，其主要内容之一是规定事 故条件下的最大释放量。
7
按冷却剂、慢化剂分类
轻水堆（压水堆，沸水堆） 重水堆 石墨气冷堆 石墨水冷堆 钠冷堆
8
按核燃料在堆内分布形式分类
均匀堆：核燃料、慢化剂、冷却剂均匀混合在一起 非均匀堆：绝大多数堆型
9
核电厂基本工作原理
利用核能生产电能的电厂称为核电厂。 由于核反应堆的类型不同，核电厂的系统和设备也
不同。压水堆核电厂主要由压水反应堆、反应 堆冷却剂系统（简称一回路）、蒸汽和动力转 换系统（又称二回路）、循环水系统、发电机 和输配电系统及其辅助系统组成，