压水堆反应堆堆芯.pptVIP

* * 第三讲 一回路主系统 之 压水堆堆芯 反应堆本体结构 压水堆的本体由压力容器（包括压力容器筒体及顶盖）、下部堆内构件、反应堆堆芯、上部堆内构件、控制棒组件及其驱动机构等组成。 （一）压水堆本体概述 使反应堆的核燃料在堆芯中能按照反应堆的设计要求来实现自持链式裂变反应； 核裂变释放出来的热量应按照反应堆热工设计的要求有效地导出； 反应堆内全部结构部件在核电站满功率工作寿期内应保持良好的性能，即使在事故情况下仍能保证反应堆结构的完整性和安全性。 可见，核电站的满功率安全运行主要取决于反应堆本体结构的设计和加工制造的质量。 反应堆本体结构的功用是： 本章主要讨论压水反应堆本体各构件的结构、功能、工作原理、工作条件及性能要求等。 反应堆的结构形式通常是与堆型、燃料种类、慢化剂和冷却剂的性质等许多因素有关。 压水反应堆是五十年代美国发展核潜艇时，开始研究和建造起来的。1957年世界第一座压水堆试验电站在美国希平港建成。 经过多年的发展，本体结构上经历了多次的改进，现已基本定型，其主要部件均已标准化和系列化。 人类首次实现核发电：1951年8月，美国爱达荷州的阿科（Arco）试验基地建成的钠冷快中子增殖试验反应堆。12月20日，首次核能发电试验，发电功率100 W，点亮了4只电灯泡。 反应堆在核电站的作用就象是火电站的锅炉，它 是整个核电站的心脏。它以核燃料在其中发生特 殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。 反应堆通常是个圆柱体的压力容器，其中裂变 材料所在部分称为反应堆堆芯。 堆芯结构由核燃料组件、控制棒组件、可燃毒物 组件、中子源组件和阻力塞组件等组成。 堆芯又称活性区，是压水堆的心脏，可控的链式裂变反应在这里进行，同时它也是个强放射源。 （二）堆芯布置 或 现代压水堆的堆芯是由上百个横截面呈正方形的无盒燃料组件构成，燃料组件按一定间距垂直坐放在堆芯下栅格板上（板上有能定位和定向的对中销），使组成的堆芯近似于圆柱状，堆芯的重量通过堆芯下栅格板及吊兰传给压力壳支持。堆芯的尺寸根据压水堆的功率水平和燃料组件装载数而定。 大亚湾 900 MW 级压水堆第一个堆芯的布置如上页图。该堆芯共有157个横截面呈正方形的无盒燃料组件，其中53个核燃料组件中插有控制棒组件，66个核燃料组件中装有可燃毒物组件，4个燃料组件中插有中子源组件，其余34个则都装有阻力塞组件。 准圆柱状核反应区高约4m，等效直径3.04m。 为了提高堆芯功率密度和充分利用核 燃料，现在大型压水堆堆芯一般都采 用按铀-235富集度不同分区装料及局 部倒料的燃料循环方式。 该堆芯首次装料时，由三种不同富集度的燃料 组件，堆芯四周有52个铀-235富集度为3.1%的 燃料组件组成，内区则混合交错布置52个富集 度为2.4%和53个富集度为1.8%的燃料组件。 换料时将外区的燃料组件向内区倒换，富集度为 3.2%的新燃料组件则加在外区。这样可以展平堆 芯功率，并可获得较高的燃耗深度，提高燃料的 利用率。（通常每年进行一次换料，每次换料更换 1/3 燃料组件） 图 （三）堆芯的反应性控制 可用以下两个方法： 1、控制棒调节：依靠棒束型控制棒组件的提升或插入，来实现电厂启动、停闭、负荷改变等情况下比较快速的反应性变化。（即调节快反应） 2、硼浓度调节：调整溶解于冷却剂中硼的浓度来补偿因燃耗、氙、钐毒素、冷却剂温度改变等引起的比较缓慢的反应性变化。 （即调节慢反应） 注：在新的堆芯中，还用可燃毒物棒补偿堆芯寿命初期的剩余反应性。 （四）堆芯组件 1、 核燃料组件 现代压水堆普遍采用了无盒、带棒束型核燃料组件。组件内的燃料元件棒按正方形排列。常用的有14 ? 14，15 ? 15，16 ? 16和17 ? 17排列等几种栅格型式。 优点：减少了堆芯内的结构材料； 冷却剂可充分交混，改善了燃料棒表面的冷却。 下面看一下17 ? 17型燃料组件的总体图。 燃料芯块 标准的17×17型组件：燃料棒径为9.5mm，棒间距12.6mm，横截面尺寸214×214mm2，总高为4058mm。 每个这样的组件共有264根燃料元件棒，24根控制棒导向管和1根堆内测量导管，共计289个栅元格。 测量导管位于组件中央位置，为插入堆芯内测量中子通量的探测器导向并提供了一个通道。 控制棒导向管为插入控制棒组件或中子源组件或可燃毒物组件或阻力塞组件提供了通道。 从结构上看，核燃料组件是由燃料元件棒和组件的“骨架结构”两部分组成。 燃料元件是产生核裂