新能源发电 第17讲 （西安交大）.pptVIP

新能源发电 主讲教师：王栋 * Email地址： 时间： 快中子增殖堆 由快中子产生链式裂变反应的反应堆，简称快堆。堆内不用慢化剂，链式反应中剩余的中子将铀-238转换成核燃料钚，且生成多于消耗，即能增殖。 生成的核燃料原子核数与消耗的原子核数之比称为增殖比。铀燃料的理论增殖比为1.09,钚可以达到1.5. 快堆的最大的优点在于可以将铀-238转化成钚,重新作成燃料元件循化使用,大大提高了铀资源的利用率,比热堆提高60～70倍. 可以烧掉强辐射性裂变产物. 快中子比热中子引起裂变反应的几率小,要求核燃料的浓度远高于热中子堆,达12～30%. 功率密度大,对冷却要求极高,目前采用钠、氦、铅等系统,难度远大于热堆.燃料元件的设计制造难度也远大于热堆. 裂变中 中子寿命比热堆小2～3数量级,控制难度大，安全问题复杂。 核电的发展趋势 影响发展的三个关键问题： 要研究与发展更先进的核反应堆，更安全更经济。 解决高放废物的最终处理问题。目前的处理办法是将有用的钚和铀分离后，将毒性大的废物玻璃固化，然后深埋到地下。但由于他们的半衰期都很长（达几百万年），无法预料以后会发生什么变化。解决的办法是用嬗变的方法，将半衰期长的元素变成半衰期短的元素。这可以在高能加速器内实现。 要解决防止核扩散的问题 主要钚239的扩散问题，想方使钚239变成钚240 四代核能系统 第Ⅰ代核能系统：20世纪50-60年代建造的各种压水堆、沸水堆和石墨气冷堆 第Ⅱ代核能系统：20世纪60年代后期至90年代前期大批建造的核电机组 第Ⅲ代核能系统：80年代末发展的先进反应堆 第Ⅳ代核电系统 目标是在2020年向市场推出，其主要指标为 能够与其他电生产竞争，3美分/度 初投资每千瓦小于1000美元 建设期小于3年 堆芯熔化概率低于10-6/堆年 在事故条件下无放射性厂外释放，不需厂外应急。 能够通过整体实验向公众证明核电的安全性。 第4代堆国际论坛确定的6种先进堆形为 气冷快堆系统 铅冷快堆系统 熔盐反应堆系统 钠冷快堆系统 超临界水冷反应堆系统 超高温反应堆系统 聚变能 聚变反应比裂变反应难以实现和控制。中子不带电，容易接近原子核引起裂变反应。聚变反应时原子核必须克服静电斥力才能靠近，目前只有带电量最少的氢及同位素容易实现核聚变。重要的反应有 氦-3与氘的反应不产生中子，可以减轻材料的辐射损伤。月球上有丰富的氦-3，可以供人类发电1万年。 聚变能的最大优势在于储量大，几乎没有用完问题。与裂变能相比聚变反应不会产生核废料，是一种清洁的能源。 核聚变的条件 为克服静电斥力必须使原子核的速度达到每秒几千公里到一万公里。要产生这样高的速度，就必须把燃料温度升到几千万度甚至上亿度，然后设法将原子核约束起来使其相互碰撞，引发聚变反应，也称热核反应。 等离子体 在上述超高温条件下，原子早已分离成自由电子和原子核，但正负电荷总量仍相等，这种气体称为等离子体。 维持聚变反应的条件与温度、粒子密度和约束时间有关，维持氘-氚反应的最低条件为 温度 108K 粒子密度：1014～1016/CM3 约束时间 0.01～1秒 加热方法 欧姆加热(电流加热) 先局部激发出等离子体然后利用等离子的电流热效应加热.另外还有波加热和 中性粒子注入加热. 磁约束 目前还没有任何一种材料能够承受等离子体的温度,能够制做等离子体的容器.磁约束就是利用等离子体是高速运动的带电粒子来用磁场对其进行约束,等离子无法穿过磁场,磁场起了容器的作用.最有希望的磁约束系统是托卡马克. 托卡马克系统Tokamak 1950年由前苏联科学家萨哈罗夫和塔姆提出.原意为“载电流的环形捕集器”,中文称“环流器”. 初级线圈 磁场线圈 合成螺旋磁场 托卡马克系统简图 托卡马克系统Tokamak 新能源发电 主讲教师：王栋