核电基础知识和发电过程介绍——分享

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经常说核电，但关于核电的基础知识人们并不太清楚，现在，向大家介绍核电基础知识和核电发电过程，使大家有个大概的了解。

1  基本知识：什么是核能、核电、核反应堆原理、什么是核电站、什么是核电厂、什么是反应堆、核事故、厂房描述

2  发电过程


1  基本知识：

1）什么是核能？

这里提到的核能是指核裂变能。前面提到核电厂的燃料是铀。铀是一种重金属元素，天然铀由三种同位素组成：

铀－235 含量0.71%

铀－238 含量99.28%

铀－234 含量0.0058%。

2）核电

世界上一切物质都是由原子构成的，原子又是由原子核和它周围的电子构成的。轻原子核的融合和重原子核的分裂 都能放出能量，分别称为核聚变能和核裂变能，简称核能或核电。

核电技术发展： 自1951年12月美国实验增殖堆1号（EBR-1）首次利用核能发电以来，世界核电至今已有60多年的发展历史。

（铀－235是自然界存在的易于发生裂变的唯一核素。）

当一个中子轰击铀－235原子核时，这个原子核能分裂成两个较轻的原子核，同时产生2到3个中子和射线，并放出能量。如果新产生的中子又打中另一个铀－235原子核，能引起新的裂变。在链式反应中，能量会源源不断地释放出来。

铀－235裂变放出多少能量呢？请记住一个数字，即1千克铀－235全部裂变放出的能量相当于2700吨标准煤燃烧放出的能量。

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3）核反应堆原理

反应堆是核电站的关键设计，链式裂变反应就在其中进行。反应堆种类很多，核电站中使用最多的是压水堆。

压水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指头大的烧结二氧化铀芯块，装到锆合金管中，将三百多根装有芯块的锆合金管组装在一起，成为燃料组件。大多数组件中都有一束控制棒，控制着链式反应

的强度和反应的开始与终止。

压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件，吸收了核裂变产生的热能以后流出反应堆，进入蒸汽发生器， 在那里把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽送去发电， 而主冷却剂本身的温度就降低了。从蒸汽发生器出来的主 冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。冷却剂的这一循环通道称为一回路，一回路高压由稳压器来维持和调节。

4）什么是核电站

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。

核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量 热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是最普通的压水反应堆核电站的工作原理。

5）什么是核电厂

电是电厂生产出来的。我们知道有烧煤或石油的火力发电厂，有靠水力发电的水电站，还有一些靠风力、太阳能、 地热、潮汐能、波浪能、沼气生产电力的小型或实验性发 电装置。核电厂就是一种靠原子核内蕴藏的能量，大规模生产电力的新型发电厂。

核废料和热污染是两大难题

目前，大部分处理手段是将核废料进行固化后，暂存在核电厂内的废物库中，经过5～10年后运往国家规划的放射性废物库贮存或处理。但到现在为止，还没有一个国家能够找到安全、永久处理高放

射性核废料的办法。但核废料无法处理仅仅意味着无法在短时间内消灭，其本身在储存过程中的安全性还是有保障的。

核电站的另一个问题是热污染。受制于常规岛内的用于发电的现有蒸汽汽轮机热效率较低，因而其比一般化石燃料电厂会排放更多废热到周围环境中，故核能电厂的热污染较严重。

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6）什么是反应堆

核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能-热能转换的装置。

核电厂用的压水反应堆有一个厚厚的钢质贺筒形外壳，腰部 有几个进水口和出水口，称为压力容器，900兆瓦的压水堆， 其压力容器高12米，直径3.9米，壁厚约0.2米。

压力容器是堆芯，堆芯由燃料组件和控制棒组件等组成。水在它们的间隙中流过。水在此起两个作用，一是降低中子的速度使之易于被铀－235核吸收，二是带出热量。900兆瓦 的压水堆 一般装有

157个燃料组件，约含80吨二氧化铀。

压力容器顶装有控制棒驱动机构，通过改变控制棒的位置来 实现开堆、停堆（包括紧急停堆）和调节功率的大小。

7）核事故

一般来说，在核设施（例如核电厂）内发生了意外情况，造 成放射性物质外泄，致使工作人员和公众受超过或相当于规 定限值的照射，则称为核事故。显然，核事故的严重程度可以有一个很大的范

围，为了有一个统一的认识标准，国际上 把核设施内发生的有安全意义的事件分为七个等级。

只有4－7级才称为“事故”。5级以上的事 故需要实施场外应急计划，这种事故世界上共发生过四次， 即苏联切尔诺贝利事故、英国温茨凯尔事故，美国三里岛事故和日本福岛核电站事故。

1986年4月26日，前苏联建切尔诺贝利核电站第四号反应堆大起火，并发生化学爆炸（并非核爆炸）。爆炸释放量相当于堆内约3%～4%的核燃料。事故当时有2人被炸死，1人死于心脏病，救火中

有29人受辐射损伤，其中28人因患急性放射性病致死。事故后周围30公里范围内撤离了21万居民。

事实上，这是一次严重的人为责任事故，当时研究人员在做一次安全实验，切断了反应堆所有的安全措施，却又启动了反应堆，这个实验方案严重违反了安全规程，这是事故的人为原因。事故的技术

原因是前苏联开发的这种石墨水冷堆具有较大的缺陷，它有一段正温度系数的正反馈工作区，这在反应堆的设计上是不能允许的，另外，切尔诺贝利核电站没有绝大多数核电站具有的安全壳。

1979年3月38日清晨，美国建在宾夕法尼亚洲哈里斯堡东南16公里的三哩岛核电站，第二号反应堆发生了一起严重的失水事故，反应堆的堆芯部分熔化，大部分燃料元件损坏或熔化，放射性裂变产

物泄漏到安全壳内，但并未外泄，对环境造成了轻微影响。由于事发地为美国，这次事故引起了极为强烈的反响，但其本身危害并不大，核电站内的118名职工无一伤亡，只有三人受到略高于季度允

许剂量的照射，其余都在职业控制剂量以内。外泄的放射性物质也更少，方圆80公里的200万居民中，平均每人所受的放射性剂量还不如带一年夜光表或看一年彩电所受的剂量。三哩岛核事故是迄今

压水堆核电厂发生的最严重的事故。

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8）厂房描述

反应堆厂房：包括内外安全壳和内部结构以及堆芯熔融物捕捉器。反应堆厂房是双层圆筒形结构，该建筑包容并支撑与一回路相关的主要设施（包括压力容器和主冷却回路，包括主泵，蒸发器和稳压

器）。反应堆换料腔和内部结构。辅助设备。厂房的主要功能是防止外部事件对内部反应的影响，确保不发生泄漏。包括一回路发生事故失水，使厂房内压力和温度升高。

1． 安全壳：安全壳是双层墙体结构，其中内墙体由预应力混凝土筒体和混凝土穹顶构成，内面衬以钢衬里，保证密封。外安全壳抵抗外部冲击。1.8米宽的环形区域将内外安全壳隔离，该区域处于

负压状态，收集发生泄漏事故后泄漏物的收集，保证泄漏物在排入大气前被过滤，双层安全壳是考虑在严重事故对环境的有效保护。

2、 内部结构：主要功能是提供反应堆压力容器的支撑和附属设备的支撑；人员及设备的生物防护；防止管道的甩击和飞射物对安全壳、各回路以及安全系统的影响。

3、 结构描述：内部结构是钢筋混凝土结构包括一次屏蔽墙，二次屏蔽墙，反应堆换料腔；楼板和墙体。

4、 堆芯熔融物捕捉器：位于堆芯CVCS和VDS系统下部分为三部分，由堆坑下部、堆芯熔融物扩展通道和扩张区域组成。表面覆盖细石混凝土。底部有循环水系统，用以事故状态下对熔融物降温，

水来自换料储水箱。

5、 安全厂房：安全厂房1&4分为9层，分别布置在安全壳两侧；厂房2&3分为8层，布置在一起，采用双层墙体。外墙与厂房各楼层分开，通向厂房的门应有门禁系统。

6、 燃料厂房：位于反应堆厂房和安全厂房2、3相对的位置，与反应堆厂房和安全厂房位于一个筏基础之上。9层（0.00-19.5m区域）。西侧为乏燃料水池及相关设施。东侧为事故废气过滤机组。采

用双层墙，门应有门禁系统。

7、核辅助厂房：核辅助厂房内设置与电厂运行必需的与安全无关的辅助系统，同时设置有部分维修区域。是钢筋混凝土结构，基础与厂房的筏基础是分离的，放射性设备周围设置屏蔽结构以及有系

统的隔离。提供充分的生物隔离。

8、 进出厂房：基础厂房内设有为保障人员安全进出核岛所必需的设备和设施。进出厂房的基础和核岛的基础临近，设置沉降缝，允许相对的位移。

9、 放射性废弃物厂房：分为放射性废弃物厂房(HQB)和放射性废弃物储存厂房（HQS），其可收集、储存、处理液体和固体放射性废弃物。为两个机组公用，它同1号机组的核辅助厂房建筑直接连

接，用来储存、运输树脂类废弃物以及收集、临时储存、运送废液。在放射性废弃物厂房和2号机辅助厂房附属建筑（2HQS）之间连接一条热管，用来输送2号机的废液。7）、 应急柴油机房：

（HD）是钢筋混凝土结构，其钢筋混凝土筏基及地下部分及外墙使用沥青绝缘材料来防水的。用来放置柴油燃料储存罐、柴油燃料槽房间的楼板、墙体及天花板表面是掺合了憎油材料的水泥砂浆抹

面的。

10、 安全厂用水泵房：为混凝土结构，其钢筋混凝土结构设计、配合比及工艺应具备足够的耐久性以保证结构主体能防止地下水和海水的侵蚀，所有与水接触的混凝土表面应使用精细模板，其他地

方可以使用粗制模板。

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2   发电过程

化石能源。煤、石油、天然气等化石能源的利用，对人类生存、发展、进步产生过巨大的影响。进入21世纪后，人们更加注重生存环境和生存空间的质量。大量燃用化石能源产生的温室效应、酸雨

现象对人类生存环境造成了严重破坏。同时，化石能源经长期开采，其资源日趋枯竭，已不足以支撑全球经济的发展。在寻找替代能源的过程中，人们开始越来越重视核能的应用，而核能最主要的应

用就是核能发电。

人类首次实现核能发电是在1951年。当年8月，美国原子能委员会在爱达荷州一座钠冷块中子增殖实验堆上进行了世界上第一次核能发电实验并获得成功。1954年，苏联建成了世界上第一座实验核

电站，发电功率5000KW。 　核电站与火电站发电过程相同，均是热能—机械能—电能的能量转换过程，不同之处主要是热源部分。火电站是通过化石燃料在锅炉设备中燃烧产生热量，而核电站则

是通过核燃料链式裂变反应产生热量。

核电站的组成通常有两部分：核系统及核设备，又称为核岛；常规系统及常规设备，又称为常规岛。这两部分就组成了核能发电系统。

核岛中主要的设备为核反应堆及由载热剂（冷却剂）提供热量的蒸汽发生器，它替代常规火电站中蒸汽锅炉的作用。常规岛的主要设备为气轮机和发电机及其相应附属设备，常规岛的组成与常规火电

站气轮机大致相同。