XXXX年注冊核安全工程師-綜合知識-第三章XXXX

,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2021/9/24,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,核安全綜合知識,注冊核安全工程師考試復(fù)習(xí),2013年7月,周志偉,電話：13521657815,Email：,2021/9/24,1,核安全綜合知識,第三章 核反應(yīng)堆與核動力廠,復(fù)習(xí)內(nèi)容:,第一節(jié) 核反應(yīng)堆的主要類型,一、按照功能分類,二、按照中子能譜分類,三、按照慢化劑分類,四、按照冷卻劑分類,五、按照核燃料分類,第二節(jié) 壓水堆核電廠,一、壓水堆的基本特點,二、壓水堆反應(yīng)堆本體,三、一回路系統(tǒng)及其主要設(shè)備,四、安全殼,五、一回路輔助系統(tǒng),六、二回路系統(tǒng),2021/9/24,2,核安全綜合知識,第三章 核反應(yīng)堆與核動力廠,復(fù)習(xí)內(nèi)容:,第三節(jié) 核動力廠使用的其他核反應(yīng)堆堆型,一、沸水堆,二、重水堆,三、高溫氣冷堆（,HTGR,）,四、快中子堆,第四節(jié) 新型壓水反應(yīng)堆,一、新型壓水反應(yīng)堆的提出,二、,AP1000,壓水堆核電廠,三、歐洲壓水反應(yīng)堆（,EPR,）核動力廠,2021/9/24,3,核安全綜合知識,第三章 核反應(yīng)堆與核動力廠,復(fù)習(xí)內(nèi)容:,第五節(jié) 研究堆,一、概述,二、研究堆的基本特點和應(yīng)用領(lǐng)域,三、我國建造的典型研究堆,四、世界幾座典型高通量研究堆,第六節(jié) 反應(yīng)堆及核動力裝置的功率控制,一、緩發(fā)中子的作用,二、核反應(yīng)堆功率控制原理,三、核動力廠功率控制系統(tǒng),四、核反應(yīng)堆的儀表控制系統(tǒng),2021/9/24,4,核安全綜合知識,第三章 核反應(yīng)堆與核動力廠,復(fù)習(xí)內(nèi)容:,第七節(jié) 核反應(yīng)堆保護系統(tǒng),一、保護系統(tǒng)的功能,二、保護系統(tǒng)的安全準則,三、保護系統(tǒng)的實現(xiàn),2021/9/24,5,核安全綜合知識,第一節(jié) 核反應(yīng)堆的主要類型,知識要點,：,反應(yīng)堆的分類：,動力堆：PWR、BWR、HTGR、FBR,生產(chǎn)堆,研究堆,輕水堆、重水堆、氣冷堆、液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆,熱堆、中能中子堆、快堆,輕水堆、重水堆、石墨堆,壓力殼堆、壓力管堆、池式堆,2021/9/24,6,核安全綜合知識,一、按照功能分類,（1）研究用反應(yīng)堆，用來研究中子特性，進而對物理學(xué)、生物學(xué)、輻照防護學(xué)以及材料學(xué)等方面進行研究；,（2）生產(chǎn)堆，主要是生產(chǎn)新的易裂變核素,233,U，,239,Pu和各種不同用途的同位素；,（3）動力堆，包括軍用動力堆和民用動力堆。,二、按照中子能譜分類,按引起裂變反應(yīng)的中子能量可將核反應(yīng)堆分為快中子堆、中能中子堆和熱中子堆。,快中子堆中，裂變是由快中子（平均能量達0.1 MeV左右）引起的，因此堆內(nèi)不能存有中子慢化劑材料。,中能中子堆中存有一定數(shù)量的慢化劑，裂變主要是由中能中子引起的。在快中子堆或中能中子堆中，堆內(nèi)都必須使用高富集度的核燃料。,熱中子堆中裂變是由熱中子引起的，因此堆內(nèi)必須有足夠的慢化劑。天然鈾、低富集鈾燃料、,233,U、,239,Pu都可用作熱中子堆的核燃料。世界上已建的堆絕大多數(shù)屬于這種類型。,2021/9/24,7,核安全綜合知識,三、按照慢化劑分類,核反應(yīng)堆內(nèi)的慢化劑是使中子減速而從快中子變?yōu)闊嶂凶拥奈镔|(zhì)。,慢化劑對熱中子堆的物理性能有顯著影響，所以常常按照采用慢化劑的種類來進行反應(yīng)堆的分類，如：,輕水堆,重水堆,石墨慢化反應(yīng)堆,鈹或鈹化合物堆,2021/9/24,8,核安全綜合知識,三、按照慢化劑分類,現(xiàn)在大量建造的壓水堆、沸水堆，都是用輕水（H,2,O）作為慢化劑。輕水中所含氫的原子核是慢化能力最強的原子核。輕水作慢化劑的反應(yīng)堆，其單位體積可產(chǎn)生的發(fā)熱功率（功率密度）很高，特別適用于核動力艦船。,但是輕水作為慢化劑的反應(yīng)堆也有一些局限：,1）為了提高反應(yīng)堆的熱效率，要求冷卻劑同時也是慢化劑的輕水（H,2,O），必須運行在高溫條件下。因為一定壓力下輕水達到飽和溫度以后就要開始沸騰，所以要提高冷卻劑溫度就必須提高堆芯的壓力。,2）輕水慢化劑本身具有較強的熱中子吸收，這導(dǎo)致輕水堆無法采用天然鈾，而必須采用一定富集度的低富集鈾作核燃料。,3）輕水在中子照射下還會產(chǎn)生放射性，增加了堆屏蔽防護的要求。,2021/9/24,9,核安全綜合知識,四、按照冷卻劑分類,核反應(yīng)堆的熱工水力學(xué)性質(zhì)主要取決于選用的冷卻劑，所以從核反應(yīng)堆熱工水力學(xué)的角度常常按照冷卻劑來劃分核反應(yīng)堆的類型。,按冷卻劑種類可以分為氣冷堆、液體冷卻堆和液態(tài)金屬冷卻堆。,氣冷反應(yīng)堆包括CO,2,冷卻和He氣冷卻反應(yīng)堆；,液體冷卻反應(yīng)堆主要包括輕水冷卻的壓水堆和沸水堆，以及重水冷卻的重水反應(yīng)堆，還可以用有機化合物冷卻的液體冷卻堆；,液態(tài)金屬冷卻的反應(yīng)堆主要有鈉、鈉-鉀合金、鉍冷、鋰冷、鉛鉍合金等冷卻的反應(yīng)堆。,2021/9/24,10,核安全綜合知識,五、按照核燃料分類,按照核燃料中,235,U等易裂變核素的加濃程度即富集度進行分類：,天然鈾燃料堆,低富集鈾燃料堆,高富集鈾燃料堆,釷增殖堆,按照核燃料的形態(tài)劃分：,固體燃料堆,流態(tài)燃料堆,半流態(tài)燃料堆等。,2021/9/24,11,核安全綜合知識,第一節(jié) 核反應(yīng)堆的主要類型,核反應(yīng)堆的分類都不是絕對的，有時為了某種需要而從一個特定角度加以區(qū)分。,按照核反應(yīng)堆的運行參數(shù)分類,按壓力分：高壓堆、中壓堆、低壓堆；,按溫度分：高溫堆、低溫堆；,按照核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)形式劃分為:,壓力殼式堆、壓力管式堆；,無論從怎樣的角度劃分，都是為了有助于從不同側(cè)面了解各種類型核反應(yīng)堆。表3-1、-2給出了各種典型反應(yīng)堆的基本特征和設(shè)計參數(shù),2021/9/24,12,核安全綜合知識,第二節(jié)、壓水堆核電廠,一、壓水堆的基本特點,壓水堆（PWR）最初是美國為核潛艇設(shè)計的一種熱中子堆堆型。美國Nautilus壓水堆核潛艇于1955年4月17日下水，陸上希平港（Shippingport）壓水堆核電廠于1957年12月投入運行。,經(jīng)過幾十年的努力，這種堆型得到了很大的發(fā)展，通過一系列的重大改進，已經(jīng)成為技術(shù)上成熟的一種堆型。在2011年底世界上運行的435座機組中有265座是壓水堆，占60%以上。,壓水堆核電廠采用低富集鈾作核燃料，燃料芯塊中,235,U的富集度約3%5%左右。核燃料是高溫?zé)Y(jié)的圓柱形二氧化鈾陶瓷燃料芯塊,；,2021/9/24,13,核安全綜合知識,一、壓水堆的基本特點,柱狀燃料芯塊被封裝在細長的鋯合金包殼管中構(gòu)成燃料元件，這些燃料元件以矩形點陣排列為燃料組件。一、二百個燃料組件拼裝成壓水堆的堆芯。堆芯宏觀上為圓柱形。,壓水堆的冷卻劑是輕水。輕水不僅價格便宜，而且具有優(yōu)良的熱傳輸性能。所以在壓水堆中，輕水不僅作為中子的慢化劑，同時也用作冷卻劑。,輕水有一個明顯的缺點，就是沸點低。要使熱力系統(tǒng)有較高的熱能轉(zhuǎn)換效率，核反應(yīng)堆應(yīng)有高的堆芯出口溫度參數(shù)，必須增加冷卻劑的系統(tǒng)壓力使其處于液相狀態(tài)。,壓水堆是一種使冷卻劑處于高壓狀態(tài)的輕水堆。壓水堆冷卻劑入口水溫一般在290左右，出口水溫330左右，堆內(nèi)壓力15.5MPa。,2021/9/24,14,核安全綜合知識,一、壓水堆的基本特點,圖3-1 壓水堆的熱力系統(tǒng)示意圖,2021/9/24,15,核安全綜合知識,一、壓水堆的基本特點,壓水堆核電廠最顯著的特點是：,結(jié)構(gòu)緊湊,堆芯的功率密度大,基建費用低,建設(shè)周期短。,壓水堆核電廠的主要缺點有兩個：,第一，必須采用高壓的壓力容器,第二，必須采用有一定富集度的核燃料,2021/9/24,16,核安全綜合知識,一、壓水堆的基本特點,壓水堆發(fā)展得最快，還有下列歷史上的原因：,（1）壓水堆的發(fā)展有軍用堆的基礎(chǔ),（2）工業(yè)上有使用輕水的長期經(jīng)驗,（3）核工業(yè)的發(fā)展為壓水堆所需要的濃縮鈾準備了條件,（4）壓水堆技術(shù)上已成熟,壓水堆核電機組一直是核能產(chǎn)業(yè)最安全堆型之一，它已經(jīng)成為一種成熟的堆型，一直吸引著越來越多的用戶，是核動力市場上最暢銷的“商品”。,目前，壓水堆核電廠的燃料組件、壓力容器、主循環(huán)泵、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器、汽輪發(fā)電機組的設(shè)計，正向標準化、系列化的方向發(fā)展。,壓水堆核電廠的研究開發(fā)工作，主要是為了進一步提高其安全性和經(jīng)濟性。,2021/9/24,17,核安全綜合知識,二、壓水堆反應(yīng)堆本體,壓水堆核電廠主要由核島和常規(guī)島組成。,核島中的四大部件是反應(yīng)堆本體、蒸汽發(fā)生器（簡稱蒸發(fā)器）、穩(wěn)壓器和主泵。在核島中的設(shè)備系統(tǒng)主要有壓水堆本體、一回路系統(tǒng)，以及為支持一回路系統(tǒng)正常運行和保證反應(yīng)堆安全而設(shè)置的輔助系統(tǒng)。,常規(guī)島主要包括汽輪機組及二回路等系統(tǒng)，其形式與常規(guī)火電廠類似。,壓水堆本體包括堆芯、壓力容器與堆內(nèi)構(gòu)件。,2021/9/24,18,核安全綜合知識,1核燃料組件和堆芯,核動力廠的核心部分是反應(yīng)堆，由它提供發(fā)電所需要的全部熱能。壓水堆核電廠使用的反應(yīng)堆本體由堆芯、壓力容器、上部堆內(nèi)構(gòu)件和下部堆內(nèi)構(gòu)件等部分組成,堆芯又稱為活性區(qū)，位于反應(yīng)堆壓力容器中心偏下的位置。,2021/9/24,19,核安全綜合知識,1核燃料組件和堆芯,燃料組件由燃料元件(也稱燃料棒)、定位格架和組件骨架等部件組成。大亞灣核電廠壓水堆的燃料組件通常1717正方形排列的燃料元件組成。其燃料元件活性區(qū)部分的高度目前主要有3.66m（12英尺）。,在3.66m活芯區(qū)高度的每根燃料元件中裝有271塊二氧化鈾燃料芯塊，每個燃料芯塊直徑約8.2mm，高13.5mm。燃料芯塊的區(qū)域稱為活性區(qū)。燃料芯塊疊放在壁厚0.57mm的Zr-4合金包殼中。,Zr作燃料包殼的優(yōu)點：,（1）中子吸收截面?。?（2）在高溫下有較高的機械強度和抗腐蝕性能；,（3）只有少量氚穿過Zr管；,（4）正常運行時，與水不發(fā)生反應(yīng)；,（5）熔點高（1800）。,Zr作燃料包殼的主要缺點是在820下鋯與水開始發(fā)生鋯水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，會帶來安全問題。,2021/9/24,20,核安全綜合知識,1核燃料組件和堆芯,燃料包殼與芯塊之間有0.17mm的間隙，目的在于補償包殼和燃料芯快不同材料的熱膨脹和燃料的輻照腫脹，減少包殼超應(yīng)力的風(fēng)險。,燃料芯塊的上下兩端設(shè)有氧化鋁隔熱塊，頂部有彈簧壓緊，兩端用鋯合金端塞封堵，并與包殼管焊接密封在一起。彈簧所在空間可容納燃料裂變時放出的裂變氣體，氣空間充3MPa壓力的氦氣，用來改善間隙的傳熱性能和減小包殼內(nèi)外的壓差。,壓水堆燃料組件外面不加裝方形盒，即所謂開式柵格，以利于冷卻劑的橫向流動。,密封的燃料元件包殼構(gòu)成了包容放射性物質(zhì)的第一道安全屏障。,2021/9/24,21,核安全綜合知識,1核燃料組件和堆芯,在燃料元件呈1717正方形排列的組件中有289個位置，其中264個（或265個）位置由燃料元件占據(jù)。,剩下位置留給安放控制棒或中子通量測量管道用?？刂瓢舻纳喜窟B成一體成為蜘蛛爪式的控制棒束。每一個控制棒束都可以在相應(yīng)的燃料組件內(nèi)上下運動。,控制棒束在堆內(nèi)布置得很分散，以便堆內(nèi)造成平坦的中子通量密度分布。,2021/9/24,22,核安全綜合知識,1核燃料組件和堆芯,壓水堆燃料元件和組件,2021/9/24,23,核安全綜合知識,2反應(yīng)堆壓力容器,反應(yīng)堆壓力容器是壓水堆核電廠中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，支承和包容堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件，是反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)壓力邊界最重要的部件。,反應(yīng)堆壓力容器工作在高壓（15.5MPa左右）、高溫含硼酸水環(huán)境和放射性輻照的條件下，壽命不少于40年。,反應(yīng)堆壓力容器由筒體和頂蓋兩部分組成。反應(yīng)堆壓力容器本體材料屬低碳鋼，Mn-Ni-Mo低合金鋼。與冷卻劑接觸表面堆焊一層5mm厚的不銹鋼。在核動力廠整個壽期，它是不可更換的。,一座90萬kW或130萬kW的壓水堆，壓力容器直徑分別為3.99m和4.39m，壁厚0.2m和0.22m，重330t和418t，高13m以上。,控制棒束由反應(yīng)堆壓力容器頂蓋上部通過控制棒束的驅(qū)動機構(gòu)插入堆芯。,2021/9/24,24,核安全綜合知識,2反應(yīng)堆壓力容器,壓水堆壓力容器內(nèi)結(jié)構(gòu),2021/9/24,25,核安全綜合知識,3.堆內(nèi)構(gòu)件,壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件構(gòu)件包括：,（1）下部支承構(gòu)件，,（2）上部支承構(gòu)件，,（3）堆芯儀表支承結(jié)構(gòu)。,堆內(nèi)構(gòu)件構(gòu)件的功能是：,（1）支承和固定燃料組件，承受堆芯重量，,（2）確?？刂瓢舻膶χ泻蛯?dǎo)向，,（3）引導(dǎo)