第8章_核能发电与应用技术

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1、第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术1电气学院第第8章章核能发电与应用技术核能发电与应用技术第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术2电气学院第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术3电气学院主要内容主要内容核能的形式及其利用核能的形式及其利用8.1核反应原理及反应装置核反应原理及反应装置8.2核能发电技术与发电设备核能发电技术与发电设备8.3核电站的运行与监控系统核电站的运行与监控系统8.4核能发电的经济技术性评价核能发电的经济技术性评价8.5第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术4电气学院8.1 核能的形式及其利用核能的形式及其利用核能包括核能包括核裂

2、变能、核聚变能、核素衰核裂变能、核聚变能、核素衰变能变能等。其中主要的核能形式为核裂变能和等。其中主要的核能形式为核裂变能和核聚变能。核裂变能是重元素核聚变能。核裂变能是重元素( (铀或钍等铀或钍等) )在在中子的轰击下，原子核发生裂变反应时放出中子的轰击下，原子核发生裂变反应时放出的能量；核聚变能是轻元素的能量；核聚变能是轻元素( (氘和氚氘和氚) )的原子的原子核发生聚变反应时放出的能量。核发生聚变反应时放出的能量。 8.1.1 核能的主要形式核能的主要形式第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术5电气学院8.1.1.1 核裂变能核裂变能235U235U某些重核原子如某些重核原子如

3、 等，在热中子的轰击下，原子核发生裂变反应，产生等，在热中子的轰击下，原子核发生裂变反应，产生质量相差不多的两种核素和几个中子，并释放出大量的能量。以质量相差不多的两种核素和几个中子，并释放出大量的能量。以为例为例: :235113797192056360UnBaKr2 n200MeV据测算，据测算，1kg 1kg 全部裂变后释放出的能量，相当于全部裂变后释放出的能量，相当于 235U32.7 10 t燃烧放出的化学能。燃烧放出的化学能。 标准煤完全标准煤完全第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术6电气学院8.1.1.1 核裂变能核裂变能在不加控制的链式反应中，从一个原子核开始裂变放

4、出在不加控制的链式反应中，从一个原子核开始裂变放出中子，到该中子引发下一代原子核的裂变，只需一纳秒（中子，到该中子引发下一代原子核的裂变，只需一纳秒（1010- -9 9s s）时间。在非常短的时间以及有限空间内，核裂变所放出）时间。在非常短的时间以及有限空间内，核裂变所放出巨大的能量必然会引起剧烈地爆炸。原子弹就是根据这种不巨大的能量必然会引起剧烈地爆炸。原子弹就是根据这种不加控制的链式反应的原理制成的。通过链式反应的控制，使加控制的链式反应的原理制成的。通过链式反应的控制，使核裂变能缓缓地释放出来，可用于直接供热或发电等。核裂核裂变能缓缓地释放出来，可用于直接供热或发电等。核裂变电站就是利

5、用可控核裂变来发电的。变电站就是利用可控核裂变来发电的。 第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术7电气学院8.1.1.2 核聚变能核聚变能核聚变是由两个或多个轻元素的原子核，如氢的同位素氘核聚变是由两个或多个轻元素的原子核，如氢的同位素氘( ( 21H) ) 或氚或氚( ( 31H) ) 的原子核，聚合成一个较重的原子核的过程。在的原子核，聚合成一个较重的原子核的过程。在这个过程中，这个过程中， 由于某些轻元素如氘在聚变时质量亏损较核裂变由于某些轻元素如氘在聚变时质量亏损较核裂变反应时大，根据反应时大，根据2Emc，核聚变反应将会放出更多的能量。，核聚变反应将会放出更多的能量。 第第

6、8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术8电气学院8.1.1.3 核能发电的特点核能发电的特点1能量的高度集中。能量的高度集中。利用核能可以大大减少燃料开采、运输和贮存的困难及费用。 2 铀资源丰富。铀资源丰富。能提供的能量已大大超过全球可用的煤炭、石油和天然气储量之和。 第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术9电气学院8.1.1 核能的和平利用核能的和平利用核技术最初被作为现代化武器在国防军事领域所使用，如核技术最初被作为现代化武器在国防军事领域所使用，如原子弹、氢弹。而后，随着社会的发展陆续开始在工业、农原子弹、氢弹。而后，随着社会的发展陆续开始在工业、农业、医学等诸多领域广

7、泛应用。如利用核能直接为工厂或家业、医学等诸多领域广泛应用。如利用核能直接为工厂或家庭取暖供热、核能发电、海水淡化、氢燃料的制备、航天器庭取暖供热、核能发电、海水淡化、氢燃料的制备、航天器用的热电转换型同位素空间电池用的热电转换型同位素空间电池( (利用核素衰变热发电利用核素衰变热发电) )、 心心脏起博器或军用微机械用同位素电池脏起博器或军用微机械用同位素电池( (辐射伏特效应辐射伏特效应) )、食品、食品辐照、食品和器具的消毒等。辐照、食品和器具的消毒等。 第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术10电气学院8.2 核反应原理及反应装置核反应原理及反应装置8.2.1 核反应堆原理核

8、反应堆原理核电站是利用核裂变反应释放出的能量来发电的工核电站是利用核裂变反应释放出的能量来发电的工厂。它是通过冷却剂流过核燃料元件表面，把裂变产厂。它是通过冷却剂流过核燃料元件表面，把裂变产生的热量带出来，再产生蒸汽，推动汽轮发电机组发生的热量带出来，再产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电。电。第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术11电气学院 压水堆核电站工作原理压水堆核电站工作原理 第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术12电气学院8.2 海洋能的分类与利用海洋能的分类与利用8.2.2 核反应堆装置核反应堆装置几种主要的核电堆型几种主要的核电堆型 a）压水堆）压水堆b）沸水堆

9、）沸水堆c）重水堆）重水堆反应堆反应堆 核反应堆装置由堆芯、冷却系核反应堆装置由堆芯、冷却系统、中子慢化系统、中子反射统、中子慢化系统、中子反射层、控制与保护系统、屏蔽系层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。统、辐射监测系统等组成。 第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术13电气学院8.3 核能发电技术与发电设备核能发电技术与发电设备压水堆全称为加压轻水慢化冷却反应堆。压水堆核压水堆全称为加压轻水慢化冷却反应堆。压水堆核电厂的反应堆采用普通高纯水作慢化剂和冷却剂，低富电厂的反应堆采用普通高纯水作慢化剂和冷却剂，低富集度的二氧化铀为燃料，为了把反应堆的出口水温提高集度的二氧

10、化铀为燃料，为了把反应堆的出口水温提高到到300左右，必须将压力提高到左右，必须将压力提高到1416MPa左右，以左右，以防止沸腾。所以称这种类型的反应堆为加压水反应堆，防止沸腾。所以称这种类型的反应堆为加压水反应堆，简称压水堆。压水堆结构图如下图所示。简称压水堆。压水堆结构图如下图所示。 第第8章章 核能发电与应用技术核能发电与应用技术14电气学院压水堆结构图压水堆结构图 在压水堆核电厂中，反应堆进行核在压水堆核电厂中，反应堆进行核裂变。将核能转化成热能，水作为冷裂变。将核能转化成热能，水作为冷却剂流经堆芯将堆内释放的热量通过却剂流经堆芯将堆内释放的热量通过反应堆冷却剂管道传到蒸汽发生器，反

11、应堆冷却剂管道传到蒸汽发生器，在那里传递给二次侧的给水在那里传递给二次侧的给水(二回路二回路工质工质)，使其成为饱和蒸汽。，使其成为饱和蒸汽。 冷却剂在蒸汽发生器中被冷却后由冷却剂在蒸汽发生器中被冷却后由主冷却剂泵打回反应堆重新加热，形主冷却剂泵打回反应堆重新加热，形成一个封闭的吸热和放热的循环流动成一个封闭的吸热和放热的循环流动过程，这个循环回路称为一回路，也过程，这个循环回路称为一回路，也是核蒸汽供应系统的主要部分，其功是核蒸汽供应系统的主要部分，其功能是冷却堆芯并带走热量。能是冷却堆芯并带走热量。 由于一回路的主要设备是反应堆，由于一回路的主要设备是反应堆，所以通常将一回路及其辅助系统和