核反應(yīng)堆工程 緒論

核反應(yīng)堆工程主講教師：胡朝霞

anfanyhu@環(huán)化樓117教材：閻昌琪，曹欣榮等編，核反應(yīng)堆工程，哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004參考書(shū)籍：凌備備，楊延洲主編，核反應(yīng)堆工程原理，

北京：原子能出版社，1982謝仲生編著，

核反應(yīng)堆物理分析，西安：西安交大出版社，2004馬進(jìn)，王兵樹(shù)，馬永光編著，核能發(fā)電原理，北京：中國(guó)電力出版社，2007方杰主編，輻射防護(hù)導(dǎo)論，北京：原子能出版社，1991朱繼洲等編著，核反應(yīng)堆安全分析，西安：西安交大出版社，2000本課程的目的及要求對(duì)與核反應(yīng)堆有關(guān)的知識(shí)及問(wèn)題作全面的介紹：了解核能發(fā)展的動(dòng)向并掌握核反應(yīng)堆的有關(guān)知識(shí)探討核反應(yīng)堆的發(fā)展趨勢(shì)探索我國(guó)核能的發(fā)展方向熟：熟練掌握核反應(yīng)堆物理、結(jié)構(gòu)材料、核熱工及核安全的基本專(zhuān)業(yè)知識(shí)新：通過(guò)學(xué)習(xí)和閱讀了解核反應(yīng)堆的最新發(fā)展思：對(duì)核反應(yīng)堆的發(fā)展有深入思索核科學(xué)技術(shù)范圍核科學(xué)技術(shù)核燃料工藝技術(shù)乏燃料后處理技術(shù)核安全輻射防護(hù)技術(shù)放射性三廢處理與處置技術(shù)核設(shè)施退役核技術(shù)應(yīng)用核輻射物理與技術(shù)反應(yīng)堆工程技術(shù)等離子物理學(xué)粒子加速器裂變堆技術(shù)聚變堆技術(shù)裂變堆工程技術(shù)核聚變工程技術(shù)核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料與工藝技術(shù)放射性三廢處理與處置技術(shù)核反應(yīng)堆熱工核燃料與工藝技術(shù)核反應(yīng)堆控制技術(shù)核安全輻射防護(hù)技術(shù)核反應(yīng)堆工程核反應(yīng)堆物理核反應(yīng)堆工程乏燃料后處理技術(shù)裂變堆工程技術(shù)核聚變工程技術(shù)核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料與工藝技術(shù)核燃料與工藝技術(shù)核反應(yīng)堆控制技術(shù)核反應(yīng)堆物理乏燃料后處理技術(shù)課程內(nèi)容提綱緒論（3學(xué)時(shí)）第一章核反應(yīng)堆的核物理基礎(chǔ)（8學(xué)時(shí)）第二章核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)與材料（5學(xué)時(shí)）第三章核反應(yīng)堆熱工（5學(xué)時(shí)）第四章核反應(yīng)堆安全（8學(xué)時(shí)）第五章新型核動(dòng)力堆技術(shù)（3學(xué)時(shí)）緒論什么是核能？關(guān)于核能你的聯(lián)想是什么？核能——無(wú)窮的能源核裂變反應(yīng)核裂變能如全部利用，能供使用2400-2800年所釋放的能量比全世界現(xiàn)有能源總量放出的能量大千萬(wàn)倍。如實(shí)現(xiàn)可控核聚變，能供使用上千億年。核聚變反應(yīng)核聚變能40萬(wàn)億噸2000多億噸氘，鋰鈾、釷礦你的聯(lián)想--福？禍？核電站提供17％的清潔電能√核安全問(wèn)題×三哩島切爾諾貝利核電事故核廢料處置×核動(dòng)力與核武器？核潛艇，核動(dòng)力航母日本廣島，長(zhǎng)崎原子彈伊朗，朝鮮的核設(shè)施核電分布為什么核能發(fā)展存在爭(zhēng)議？化石能源-習(xí)以為常幾百年，上百年歷史，依賴(lài)性強(qiáng)對(duì)環(huán)境影響逐步顯現(xiàn)（溫水煮青蛙）可再生能源-歷史久遠(yuǎn)能量密度小，分散受經(jīng)濟(jì)性制約核能-愛(ài)憎分明，毀譽(yù)參半歷史短，能量大，潛在風(fēng)險(xiǎn)大能量表現(xiàn)形式神秘，未知和不確定性大生命周期長(zhǎng)，影響久遠(yuǎn)核能是不可或缺的替代能源經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求和全球變暖的環(huán)境壓力為核能的發(fā)展開(kāi)辟了新的機(jī)遇。核電：當(dāng)前最理想、最可行的非化石替代能源。聚變能：取之不盡，用之不竭的永久清潔能源?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)-核裂變的實(shí)現(xiàn)1896年法國(guó)人（H.Bequerrel)發(fā)現(xiàn)(鈾)發(fā)射性1903年皮埃爾居里夫婦與他獲諾貝爾物理獎(jiǎng)(釙鐳),1911居里夫人第二次獲獎(jiǎng)(化學(xué)獎(jiǎng),放射性射線性質(zhì))1919年英國(guó)人(E.Rutherford)實(shí)現(xiàn)人為核反應(yīng)(放射性,原子結(jié)構(gòu)的奠基人,劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任,1908年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))1932年英國(guó)人(查德威克)發(fā)現(xiàn)中子1935年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室1938年德國(guó)人(哈恩等)實(shí)現(xiàn)核裂變獲得1944年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)HenryBecquerel(1852-1908)貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性的底片ErnestRutherford(1871-1937)SirJamesChadwick(1891-1974)1939年(約里奧－居里夫婦,費(fèi)米)證明鈾核分裂過(guò)程放出2－3個(gè)中子，確定了自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的可行性。約里奧－居里夫婦獲得了1935年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),(中子,正電子兩次失去獲獎(jiǎng)機(jī)會(huì));費(fèi)米,1938年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),用中子代替α粒子對(duì)周期表上的元素逐一攻擊直到鈾，發(fā)現(xiàn)了中子引起的人工放射性，還觀察了到中子慢化現(xiàn)象。1942年12月2日在芝加哥大學(xué)建成世界上第一座可控原子核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)堆。MariaSk?odowska-Curie

（1867-1934）EnricoFermi(1901-1954)ErnestRutherford(1871-1937)AlbertEinstein(1879-1955)SirJ.J.Thomson(1856-1940)SirJamesChadwirk

(1891-1974)師生關(guān)系師生關(guān)系NielsBohr1885-1962）師生關(guān)系錢(qián)三強(qiáng)（1913-1992）IrèneJoliot-Curie（1897-1956）師生關(guān)系師生關(guān)系EnricoFermi(1901-1954)核能的最初應(yīng)用－核武器1939年二戰(zhàn)爆發(fā)，美、英、德等國(guó)研究原子彈1942年12月建成世界第一座核反應(yīng)堆之后美國(guó)建成三座石墨水冷生產(chǎn)堆。生產(chǎn)原子彈所需的钚。同時(shí)用電磁分離法生產(chǎn)高富集鈾。1945年美國(guó)制成三顆原子彈。一顆用于試驗(yàn)，另兩顆分別投落在日本的廣島和長(zhǎng)崎。1952年研制氫彈成功。蘇、英、法分別于1949、1952、1960年爆炸原子彈。后來(lái)爆炸了氫彈。美國(guó)1955年建成世界上第一艘核潛艇，蘇聯(lián)1959年建成核潛艇。蘇、美近500艘核潛艇（700個(gè)反應(yīng)堆）。美、俄、法擁有核動(dòng)力航空母艦。為美國(guó)遠(yuǎn)程攻擊的主力。壓水堆動(dòng)力。中國(guó)于1964年10月16日，1967年6月17日成功地爆炸了原子彈和氫彈。中國(guó)于1971年9月建成第一艘核潛艇，繼美、蘇、英、法之后第五個(gè)有核艇國(guó)家。1988年9月完成導(dǎo)彈核潛艇從水下發(fā)射彈道導(dǎo)彈的飛行試驗(yàn)。洛杉磯攻擊核潛艇法國(guó)戴高樂(lè)號(hào)核動(dòng)力航空母艦中國(guó)漢D級(jí)最新核潛艇核電站火力發(fā)電站利用煤和石油發(fā)電，水力發(fā)電站利用水力發(fā)電，而核電站是利用原子核內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量產(chǎn)生電能的新型發(fā)電站。核電站大體可分為兩部分：一部分是利用核能生產(chǎn)蒸汽的核島、包括反應(yīng)堆裝置和一回路系統(tǒng)；另一部分是利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島，包括汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。核反應(yīng)堆產(chǎn)生核裂變反應(yīng)的設(shè)備叫做反應(yīng)堆。原子核反應(yīng)堆通常以鈾或钚作核燃料，可控地進(jìn)行鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，并持續(xù)不斷地將裂變能量帶出作功的一種特殊的原子鍋爐。1960198020002020204020602080Generation1ShippingportPWRUSSR-1（50-60built）Generation2Generation3OperatingPWR

（PWR，BWR，

CANDU，WWER）Generation4AP1000,EPR?FirstreactorsCurrentReactorsAdvanced

ReactorGenIV

REACTORS反應(yīng)堆發(fā)展歷史1942年世界上第一座核反應(yīng)堆運(yùn)行成功核反應(yīng)堆發(fā)展歷史實(shí)驗(yàn)示范階段（1946-1965）高速發(fā)展階段（1966-1980）滯緩發(fā)展階段（1980-2000）良性循環(huán)：改進(jìn)技術(shù)，降低成本及大規(guī)模出口這一時(shí)期基本形成了目前世界核電的格局

美國(guó)：壓水堆Model212、Model312，Model314，Model412、Model414；沸水堆（BWR）法國(guó)、日本、韓國(guó)：Model412、System80等標(biāo)準(zhǔn)核電站美國(guó)-蘇聯(lián)引導(dǎo)核電發(fā)展第二世界國(guó)際積極跟進(jìn)

英國(guó)，法國(guó)：原型天然鈾石墨氣冷堆核電站加拿大：天然鈾重水堆核電站1973，1979年兩次石油危機(jī)1979年3月美國(guó)三哩島事故雪上加霜1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利核電事故致命一擊要求更安全的第三代核電站，第三代核能系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。核動(dòng)力堆—第二春天？（2000-）經(jīng)濟(jì)發(fā)展受能源及環(huán)境制約凸顯美國(guó)把擴(kuò)大核能作為國(guó)家能源政策的重要組成部分；俄羅斯制定了較大規(guī)模的核電計(jì)劃，已在南方建造一座100萬(wàn)千瓦的反應(yīng)堆，還有4座機(jī)組也在建設(shè)中；日本政府提出核電立國(guó)，計(jì)劃在2010年前新建13座核電廠，2011年后再建7座核電廠；近期，亞洲有11個(gè)國(guó)家分別提出將要發(fā)展核電第三代核電系統(tǒng)EPR2005年芬蘭動(dòng)工，2007年法國(guó)動(dòng)工第三代核電系統(tǒng)AP1000

2007年在中國(guó)動(dòng)工。

（海陽(yáng)，三門(mén)）當(dāng)前核能面臨的挑戰(zhàn)如何實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展？核能面臨的挑戰(zhàn)可歸結(jié)為：

可管理的廢物、燃料資源的有效利用和環(huán)境效益有競(jìng)爭(zhēng)力的經(jīng)濟(jì)性公眾認(rèn)可的安全性核能系統(tǒng)和核燃料的安全保障對(duì)第四代核能系統(tǒng)的要求2000年美國(guó)提出第四代核能系統(tǒng)的概念。這個(gè)概念已在世界上被廣泛接受，組成第四代核能系統(tǒng)國(guó)際論壇，中國(guó)已參加該論壇?？沙掷m(xù)性經(jīng)濟(jì)性安全性防止擴(kuò)散未來(lái)的第四代反應(yīng)堆兩年評(píng)估的結(jié)果，6種第四代反應(yīng)堆堆型入選（2002年提出）國(guó)內(nèi)外核電發(fā)展概況

國(guó)際約463堆，總功率約3.7億千瓦全球平均：容量占11%，電量占17%發(fā)達(dá)國(guó)家平均：容量占20%，電量占30%國(guó)家/地區(qū)美國(guó)法國(guó)日本俄羅斯德國(guó)烏克蘭堆數(shù)1076055332020裝機(jī)容量,MW991886430044650232202228017570核電份額%208035163247國(guó)家/地區(qū)韓國(guó)英國(guó)瑞典西班牙中國(guó)其他總計(jì)堆數(shù)18351291183463裝機(jī)容量,MW1489012930100407320917047110370398核電份額%342846291.4裝機(jī)容量：美國(guó)居首位，占1/4發(fā)展速度：法國(guó)、日本、韓國(guó)發(fā)展國(guó)家：韓國(guó)、中國(guó)世界能源特點(diǎn)目前全世界能源總消費(fèi)量約為130億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，化石能源占85%以上，從能源的供應(yīng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，目前世界上消耗的能源主要來(lái)自煤、石油、天然氣三大資源。資源問(wèn)題；環(huán)境問(wèn)題政治沖突；外部成本我國(guó)能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)能源結(jié)構(gòu)上：以煤為主體，石油和天然氣資源不豐富，一次能源消費(fèi)占能源消費(fèi)量的70％，電力能源結(jié)構(gòu)以煤為主，煤電占發(fā)電總量的77％。能源區(qū)域分布與工業(yè)布局不平衡，而且相反。中國(guó)已成為世界第二大能源生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)、第一大煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)、第二大石油消費(fèi)國(guó)及石油進(jìn)口國(guó)、第二大電力生產(chǎn)國(guó)。能源問(wèn)題困擾中國(guó)北煤南運(yùn)－－運(yùn)輸量十分巨大，經(jīng)濟(jì)上也不合理。西電東送－－技術(shù)上難度大，經(jīng)濟(jì)上代價(jià)高。發(fā)展核電－－核電在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已有幾十年的發(fā)展歷史，核電已成為一種成熟的能源。中國(guó)需要發(fā)展核電國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃（2006－2020年）提出中國(guó)發(fā)展面臨的“瓶頸”是能源、資源和環(huán)境問(wèn)題本世紀(jì)中葉達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家的水平：一次能源消費(fèi)45億噸標(biāo)煤/年，電力裝機(jī)16億千瓦。我國(guó)核電發(fā)展概況已建

MW大亞灣2×1000嶺澳2×1000秦山一期1×350秦山二期2×650秦山三期2×700連云港2×1060小計(jì)總計(jì)4000

,51709170

在建及規(guī)劃

MW嶺澳二期2×1080紅沿河4×1100臺(tái)山4×1700寧德4×1100陽(yáng)江4×1060秦山二期（續(xù)）2×650方家山2×1100三門(mén)4×1200海陽(yáng)4×1200福清6×100石灣島20小計(jì)總計(jì)22000，13920359202020建成70000MW，在建40000MW秦山一期核電廠秦山三期核電廠大亞灣核電廠廠區(qū)中國(guó)的核電發(fā)展大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆示范電站”已列入國(guó)家發(fā)展重大專(zhuān)項(xiàng)20萬(wàn)千瓦模塊式高溫氣冷堆示范電站項(xiàng)目已于2009年9月開(kāi)工，計(jì)劃于2013年11月投產(chǎn)發(fā)電向巴基斯坦出口30萬(wàn)千瓦恰?，敽穗娬疚覈?guó)本世紀(jì)核電發(fā)展戰(zhàn)略《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020年)》貫徹“積極推進(jìn)核電建設(shè)”的電力發(fā)展基本方針，統(tǒng)一核電發(fā)展技術(shù)路線，注重核電的安全性和經(jīng)濟(jì)性，堅(jiān)持以我為主，中外合作，以市場(chǎng)換技術(shù)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一組織消化吸收，并再創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)壓水堆核電站工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理的自主化。形成批量化建設(shè)中國(guó)品牌先進(jìn)核電站的綜合能力，提高核電所占比重，實(shí)現(xiàn)核電技術(shù)的跨越式發(fā)展，迎頭趕上世界核電先進(jìn)水平。核電發(fā)展帶來(lái)的機(jī)遇國(guó)內(nèi)核電投資商中國(guó)核工業(yè)總公司：成員單位100多家廣東核電集團(tuán)中國(guó)電力投資集團(tuán)公司國(guó)內(nèi)相關(guān)高校清華大學(xué)西安交通大學(xué)上海交通大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)南華大學(xué)四川大學(xué)南京理工大學(xué)聚變反應(yīng)堆勞森判據(jù)（點(diǎn)火條件）1957年，英國(guó)物理學(xué)家勞森（Lawson）通過(guò)估算給出了聚變自持燃燒的條件。nTτ>5×1021m-3Kevsn:等離子體密度T:等離子體溫度τ

:等離子體約束時(shí)間磁約束核聚變---托卡馬克裝置托卡馬克核聚變的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時(shí)候托卡馬克的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達(dá)到核聚變的目的。ITER

(InternationalThermonuclearExper