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压水堆核电站

王朝百科·作者佚名  2009-12-08  
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压水堆核电站

自从核电站问世以来,在工业上成熟的发电堆主要有以下三种:轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它们相应地被用到三种不同的核电站中,形成了现代核发电的主体。

目前,热中子堆中的大多数是用轻水慢化和冷却的所谓轻水堆。轻水堆又分为压水堆和沸水堆。

压水堆核电站压水堆核电站的一回路系统与二回路系统完全隔开,它是一个密闭的循环系统。该核电站的原理流程为:主泵将高压冷却剂送入反应堆,一般冷却剂保持在120~160个大气压。在高压情况下,冷却剂的温度即使300℃多也不会汽化。冷却剂把核燃料放出的热能带出反应堆,并进入蒸汽发生器,通过数以千计的传热管,把热量传给管外的二回路水,使水沸腾产生蒸汽;冷却剂流经蒸汽发生器后,再由主泵送入反应堆,这样来回循环,不断地把反应堆中的热量带出并转换产生蒸汽。从蒸汽发生器出来的高温高压蒸汽,推动汽轮发电机组发电。做过功的废汽在冷凝器中凝结成水,再由凝结给水泵送入加热器,重新加热后送回蒸汽发生器。这就是二回路循环系统。

压水堆由压力容器和堆芯两部分组成。压力容器是一个密封的、又厚又重的、高达数十米的圆筒形大钢壳,所用的钢材耐高温高压、耐腐蚀,用来推动汽轮机转动的高温高压蒸汽就在这里产生的。在容器的顶部设置有控制棒驱动机构,用以驱动控制棒在堆芯内上下移动。

堆芯是反应堆的心脏,装在压力容器中间。它是燃料组件构成的。正如锅炉烧的煤块一样,燃料芯块是核电站“原子锅炉”燃烧的基本单元。这种芯块是由二氧化铀烧结而成的,含有2~4%的铀-235,呈小圆柱形,直径为9.3毫米。把这种芯块装在两端密封的锆合金包壳管中,成为一根长约4米、直径约10毫米的燃料元件棒。把 200多根燃料棒按正方形排列,用定位格架固定,组成燃料组件。每个堆芯一般由121个到193个组件组成。这样,一座压水堆所需燃料棒几万根,二氧化铀芯块1千多万块堆芯。此外,这种反应堆的堆芯还有控制棒和含硼的冷却水(冷却剂)。控制棒用银铟镉材料制成,外面套有不锈钢包壳,可以吸收反应堆中的中子,它的粗细与燃料棒差不多。把多根控制棒组成棒束型,用来控制反应堆核反应的快慢。如果反应堆发生故障,立即把足够多的控制棒插入堆芯,在很短时间内反应堆就会停止工作,这就保证了反应堆运行的安全。

以下内容来自:《教学参考资料》初中物理第二册

压水堆是目前比较广泛采用的核反应堆。其特征是水在堆芯内不沸腾,因此水必须保持在高压状态。图9-10是压水堆核电站的流程示意图。燃料用的是二氧化铀陶瓷块,这样的铀芯块本身就起防止放射性物质外逸的作用,即构成了第一道安全屏障。把这些小的铀块重叠在高3米,外径9.5毫米,厚0.57毫米的锆合金管内封闭,即成为燃料元件棒,即铀棒。锆合金管也能防止放射性物质逸出,故构成第二道安全屏障。每200多根铀棒,排列成横17排,纵17排的燃料元件。如果堆内有100多个这样的燃料元件,即可成为90万千瓦的压水堆核电站。整个堆芯放在内径为4米,高为13米,厚为0.2米的压力壳内。壳内压强为155个大气压。可把水加热到330℃以上。温度升高了的水进入蒸汽发生器内,器内有很多细管,细管中的水接收热量变成蒸汽进入蒸汽轮机发电。

从图中可以看出,从反应堆出来的水是跟细管中的水分开的,即使堆中的水有少量放射性物质,也不会传递到细管中的水中。从反应堆出来的水在蒸汽发生器中温度降低后,经一回路的循环泵驱动,又回到压力壳的堆芯继续加热,完成第一回路的循环。一回路和压力壳组成第三道安全屏障。蒸汽发生器内的蒸汽进入蒸汽轮机做功后,再进入冷凝器冷却成水,经二回路循环泵驱动,再回到蒸汽发生器继续使用,这就是第二回路循环。冷凝器中用三回路循环泵抽来的江河水作冷却剂,冷却后又排回到江河中,组成第三回路循环。

 
 
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