二核能发电原理33课件.pptVIP

二、核能发电原理1、核能发电原理利用原子核裂变反应释放的能量生产电能。原子核裂变反应是指铀-235，钚-239、铀-233等元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时释放出中子和大量能量的过程。裂变反应堆材料铀235或钚239等重元素的原子核吸收一个中子后发生裂变，分裂成两个质量大致相同的新原子核，同时放出2-3个中子。这些新生中子又引起其它铀235或钚239原子核裂变，产生链式裂变反应。核裂变示意图裂变能十分巨大：铀235原子每次裂变放出约200keV的能量，一个碳原子燃烧时放出的能量为4.1eV，铀的裂变能是碳燃烧释能的4.878万倍。实现裂变反应的装置称为裂变反应堆。热中子反应堆裂变堆的堆芯处于很强的核辐射中，具有各种严重的辐照效应，对材料有特殊的性能要求。堆芯材料主要有：燃料组件用材料：包括燃料元件芯体材料、燃料元件包壳材料、控制棒材料等；慢化剂材料；冷却剂材料；控制材料：包括控制棒芯体(中子吸收体)材料、控制棒包壳材料和液体控制材料；反射层材料；屏蔽材料；反应堆容器材料。*核燃料是含有易裂变核素(铀235、铀233、钚239中任一种)的金属或陶瓷，作为燃料元件(棒)的芯体，通常做成圆柱状、板状或粒状。核燃料芯体*如果核燃料与冷却剂直接接触，裂变产生的强放射性产物会进入冷却剂，严重污染系统，必须用包壳材料对燃料进行包覆，如锆合金和镁合金等。热中子反应堆内的中子需要慢化，选用质量数接近中子的轻原子核，核的中子散射截面要大，吸收截面要小。热中子反应堆一般用轻水、重水、铍、石墨等作慢化剂材料。*对反应堆的链式裂变反应进行控制通常是容易吸收中子的材料，常用控制材料如B4C、硼硅酸玻璃、Ag-In-Cd合金、Hf等。Hf与反应堆冷却剂的相容性很好，可直接用裸露的金属Hf作为控制棒；其它控制材料都要一个能耐冷却剂腐蚀的包壳管，常用不锈钢。反应堆控制棒反应堆控制棒的包壳结构*反应堆冷却剂是载热性能良好的流体。在热中子堆中不能过多吸收中子，在快中子堆中不能过多慢化中子；另外，冷却剂流经强辐射堆芯，要考虑辐射是否会引起分解：热中子堆常用轻水、重水、CO2、He；快中子反应堆则用液态金属钠。为防止堆芯中子泄漏，堆芯周围设置反射层，尽可能将泄漏中子反射回堆芯。反射层要求中子散射截面大，中子吸收截面尽量小，如Be块、石墨块等，也可液体充注堆芯周围反射中子，如水兼作慢化剂、冷却剂和反射层。*屏蔽材料依据核辐射特性有所不同：屏蔽γ射线要用高密度固体，如铅、重混凝土等；屏蔽热中子用热中子吸收材料，如硼钢、B4C/Al复合材料等。反应堆容器是反应堆的一道安全屏障，必须十分可靠。对于热中子堆，冷却剂压力很高，容器还受到高能中子照射，必须考虑辐照脆性，一般采用高强度钢，如A-508。*核能飞船-漫游者一号探测火星俄台风级核潜艇美乔治布什号核动力航空母舰