核反应堆工程绪论

核反应堆工程主讲教师：胡朝霞[e-mail]环化楼117教材：阎昌琪，曹欣荣等编，核反应堆工程，哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2004参考书籍：凌备备，杨延洲主编，核反应堆工程原理，北京：原子能出版社，1982谢仲生编著，核反应堆物理分析，西安：西安交大出版社，2004马进，王兵树，马永光编著，核能发电原理，北京：中国电力出版社，2007方杰主编，辐射防护导论，北京：原子能出版社，1991朱继洲等编著，核反应堆安全分析，西安：西安交大出版社，2000本课程的目的及要求对与核反应堆有关的知识及问题作全面的介绍：了解核能发展的动向并掌握核反应堆的有关知识探讨核反应堆的发展趋势探索我国核能的发展方向熟：熟练掌握核反应堆物理、结构材料、核热工及核安全的基本专业知识新：通过学习和阅读了解核反应堆的最新发展思：对核反应堆的发展有深入思索核科学技术范围核科学技术核燃料工艺技术乏燃料后处理技术核安全辐射防护技术放射性三废处理与处置技术核设施退役核技术应用核辐射物理与技术反应堆工程技术等离子物理学粒子加速器裂变堆技术聚变堆技术裂变堆工程技术核聚变工程技术核反应堆结构材料与工艺技术放射性三废处理与处置技术核反应堆热工核燃料与工艺技术核反应堆控制技术核安全辐射防护技术核反应堆工程核反应堆物理核反应堆工程乏燃料后处理技术裂变堆工程技术核聚变工程技术核反应堆结构材料与工艺技术核燃料与工艺技术核反应堆控制技术核反应堆物理乏燃料后处理技术课程内容提纲绪论（3学时）第一章核反应堆的核物理基础（8学时）第二章核反应堆结构与材料（5学时）第三章核反应堆热工（5学时）第四章核反应堆安全（8学时）第五章新型核动力堆技术（3学时）绪论什么是核能？关于核能你的联想是什么？核能——无穷的能源核裂变反应核裂变能如全部利用，能供使用2400-2800年所释放的能量比全世界现有能源总量放出的能量大千万倍。如实现可控核聚变，能供使用上千亿年。核聚变反应核聚变能40万亿吨2000多亿吨氘，锂铀、钍矿你的联想--福？祸？􀂄核电站提供17％的清洁电能√􀂄核安全问题×􀂄三哩岛􀂄切尔诺贝利核电事故􀂄核废料处置×􀂄核动力与核武器？􀂄核潜艇，核动力航母􀂄日本广岛，长崎原子弹􀂄伊朗，朝鲜的核设施核电分布为什么核能发展存在争议？􀂄化石能源-习以为常􀂄几百年，上百年历史，依赖性强􀂄对环境影响逐步显现（温水煮青蛙）􀂄可再生能源-历史久远􀂄能量密度小，分散􀂄受经济性制约􀂄核能-爱憎分明，毁誉参半􀂄历史短，能量大，潜在风险大􀂄能量表现形式神秘，未知和不确定性大􀂄生命周期长，影响久远核能是不可或缺的替代能源经济可持续发展的要求和全球变暖的环境压力为核能的发展开辟了新的机遇。核电：当前最理想、最可行的非化石替代能源。聚变能：取之不尽，用之不竭的永久清洁能源。科学发现-核裂变的实现1896年法国人（H.Bequerrel)发现(铀)发射性1903年皮埃尔居里夫妇与他获诺贝尔物理奖(钋镭),1911居里夫人第二次获奖(化学奖,放射性射线性质)1919年英国人(E.Rutherford)实现人为核反应(放射性,原子结构的奠基人,剑桥大学卡文迪什实验室主任,1908年诺贝尔化学奖)1932年英国人(查德威克)发现中子1935年获诺贝尔物理学奖,剑桥大学卡文迪什实验室1938年德国人(哈恩等)实现核裂变获得1944年诺贝尔化学奖HenryBecquerel(1852-1908)贝克勒尔发现放射性的底片ErnestRutherford(1871-1937)SirJamesChadwick(1891-1974)1939年(约里奥－居里夫妇,费米)证明铀核分裂过程放出2－3个中子，确定了自持链式反应的可行性。约里奥－居里夫妇获得了1935年度的诺贝尔化学奖,(中子,正电子两次失去获奖机会);费米,1938年获诺贝尔物理学奖,用中子代替α粒子对周期表上的元素逐一攻击直到铀，发现了中子引起的人工放射性，还观察了到中子慢化现象。1942年12月2日在芝加哥大学建成世界上第一座可控原子核裂变链式反应堆。MariaSkłodowska-Curie（1867-1934）EnricoFermi(1901-1954)ErnestRutherford(1871-1937)AlbertEinstein(1879-1955)SirJ.J.Thomson(1856-1940)SirJamesChadwirk(1891-1974)师生关系师生关系NielsBohr1885-1962）师生关系钱三强（1913-1992）IrèneJoliot-Curie（1897-1956）师生关系师生关系EnricoFermi(1901-1954)核能的最初应用－核武器1939年二战爆发，美、英、德等国研究原子弹1942年12月建成世界第一座核反应堆之后美国建成三座石墨水冷生产堆。生产原子弹所需的钚。同时用电磁分离法生产高富集铀。1945年美国制成三颗原子弹。一颗用于试验，另两颗分别投落在日本的广岛和长崎。1952年研制氢弹成功。苏、英、法分别于1949、1952、1960年爆炸原子弹。后来爆炸了氢弹。美国1955年建成世界上第一艘核潜艇，苏联1959年建成核潜艇。苏、美近500艘核潜艇（700个反应堆）。美、俄、法拥有核动力航空母舰。为美国远程攻击的主力。压水堆动力。中国于1964年10月16日，1967年6月17日成功地爆炸了原子弹和氢弹。中国于1971年9月建成第一艘核潜艇，继美、苏、英、法之后第五个有核艇国家。1988年9月完成导弹核潜艇从水下发射弹道导弹的飞行试验。洛杉矶攻击核潜艇法国戴高乐号核动力航空母舰中国汉D级最新核潜艇核电站火力发电站利用煤和石油发电，水力发电站利用水力发电，而核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型发电站。核电站大体可分为两部分：一部分是利用核能生产蒸汽的核岛、包括反应堆装置和一回路系统；另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统。核反应堆产生核裂变反应的设备叫做反应堆。原子核反应堆通常以铀或钚作核燃料，可控地进行链式裂变反应，并持续不断地将裂变能量带出作功的一种特殊的原子锅炉。1960198020002020204020602080Generation1ShippingportPWRUSSR-1（50-60built）Generation2Generation3OperatingPWR（PWR，BWR，CANDU，WWER）Generation4AP1000,EPR?FirstreactorsCurrentReactorsAdvancedReactorGenIVREACTORS反应堆发展历史1942年世界上第一座核反应堆运行成功核反应堆发展历史实验示范阶段（1946-1965）高速发展阶段（1966-1980）滞缓发展阶段（1980-2000）良性循环：改进技术，降低成本及大规模出口这一时期基本形成了目前世界核电的格局美国：压水堆Model212、Model312，Model314，Model412、Model414；沸水堆（BWR）法国、日本、韩国：Model412、System80等标准核电站美国-苏联引导核电发展第二世界国际积极跟进英国，法国：原型天然铀石墨气冷堆核电站加拿大：天然铀重水堆核电站1973，1979年两次石油危机1979年3月美国三哩岛事故雪上加霜1986年苏联切尔诺贝利核电事故致命一击要求更安全的第三代核电站，第三代核能系统应运而生。核动力堆—第二春天？（2000-）经济发展受能源及环境制约凸显美国把扩大核能作为国家能源政策的重要组成部分；俄罗斯制定了较大规模的核电计划，已在南方建造一座100万千瓦的反应堆，还有4座机组也在建设中；日本政府提出核电立国，计划在2010年前新建13座核电厂，2011年后再建7座核电厂；近期，亚洲有11个国家分别提出将要发展核电第三代核电系统EPR2005年芬兰动工，2007年法国动工第三代核电系统AP10002007年在中国动工。（海阳，三门）当前核能面临的挑战如何实现可持续发展？核能面临的挑战可归结为：可管理的废物、燃料资源的有效利用和环境效益有竞争力的经济性公众认可的安全性核能系统和核燃料的安全保障对第四代核能系统的要求2000年美国提出第四代核能系统的概念。这个概念已在世界上被广泛接受，组成第四代核能系统国际论坛，中国已参加该论坛。可持续性经济性安全性防止扩散未来的第四代反应堆两年评估的结果，6种第四代反应堆堆型入选（2002年提出）钠冷快堆铅冷快堆熔盐反应堆超临界水堆超高温反应堆气冷快堆液态钠冷却快堆可采用锕系元素及可转换铀的转化的闭式燃料循环，通过钠－钠和钠－水中间热交换器产生高温蒸汽发电。气冷块堆系统是快中子谱氦冷反应堆，采用闭式燃料循环。氦气冷却剂出口高温，可用于发电，生产氢或高效率处理热。超高温气冷堆系统是采用一次通过式铀燃料循环、石墨慢化剂、氦气冷却反应堆。反应堆产生热量，可使堆芯出口氦气温度达1000℃，它可以为石油化工或其他行业生产氢或工艺热。超临界水冷堆系统采用高温、高压水冷堆，在水的热力学临界点（374℃，22.1MPa）以上运行。超临界水冷却剂能使热效率比现在的轻水堆高约1/3。此外还简化了电厂配套设施。国内外核电发展概况国际约463堆，总功率约3.7亿千瓦全球平均：容量占11%，电量占17%发达国家平均：容量占20%，电量占30%国家/地区美国法国日本俄罗斯德国乌克兰堆数1076055332020装机容量,MW991886430044650232202228017570核电份额%208035163247国家/地区韩国英国瑞典西班牙中国其他总计堆数18351291183463装机容量,MW1489012930100407320917047110370398核电份额%342846291.4装机容量：美国居首位，占1/4发展速度：法国、日本、韩国发展国家：韩国、中国世界能源特点目前全世界能源总消费量约为130亿吨标准煤，化石能源占85%以上，从能源的供应结构来看，目前世界上消耗的能源主要来自煤、石油、天然气三大资源。资源问题；环境问题政治冲突；外部成本我国能源结构特点能源结构上：以煤为主体，石油和天然气资源不丰富，一次能源消费占能源消费量的70％，电力能源结构以煤为主，煤电占发电总量的77％。能源区域分布与工业布局不平衡，而且相反。中国已成为世界第二大能源生产与消费国、第一大煤炭生产与消费国、第二大石油消费国及石油进口国、第二大电力生产国。能源问题困扰中国北煤南运－－运输量十分巨大，经济上也不合理。西电东送－－技术上难度大，经济上代价高。发展核电－－核电在工业发达国家已有几十年的发展历史，核电已成为一种成熟的能源。中国需要发展核电国家中长期科技发展规划（2006－2020年）提出中国发展面临的“瓶颈”是能源、资源和环境问题本世纪中叶达到中等发达国家的水平：一次能源消费45亿吨标煤/年，电力装机16亿千瓦。我国核电发展概况已建MW大亚湾2×1000岭澳2×1000秦山一期1×350秦山二期2×650秦山三期2×700连云港2×1060小计总计4000,51709170在建及规划MW岭澳二期2×1080红沿河4×1100台山4×1700宁德4×1100阳江4×1060秦山二期（续）2×650方家山2×1100三门4×1200海阳4×1200福清6×100石湾岛20小计总计22000，13920359202020建成70000MW，在建40000MW秦山一期核电厂秦山三期核电厂大亚湾核电厂厂区中国的核电发展大型先进压水堆及高温气冷堆示范电站”已列入国家发展重大专项20万千瓦模块式高温气冷堆示范电站项目已于2009年9月开工，计划于2013年11月投产发电向巴基