核反應(yīng)堆原理

核反響堆原理核反響堆原理原子由原子核與核外電子組成。原子核由質(zhì)子與中子組成。當(dāng)鈾235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸取一個2—3這裂變產(chǎn)生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起的裂變。如此持續(xù)進(jìn)展就是裂變的鏈?zhǔn)椒错?。鏈?zhǔn)椒错懏a(chǎn)生大量熱能。用循環(huán)水(或其他物質(zhì))帶走熱量才能避開反響堆因過熱燒毀。導(dǎo)出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機(jī)發(fā)電。由此可知，核反響堆最根本的組成是裂變原子核＋熱載體。但是只有這兩項(xiàng)是不能工作的。由于，高速中子會大量飛散，這就需要使中子減速增加與原子核碰撞的時機(jī)；核反響堆要依人的意愿打算工作狀態(tài)，這就要有掌握設(shè)施；鈾及裂變產(chǎn)物都有強(qiáng)放射性，會對人造成損害，因此必需有牢靠的防護(hù)措施綜上所述：核反響堆的合理構(gòu)造應(yīng)當(dāng)是：核燃料＋慢化劑＋熱載體＋掌握設(shè)施＋防護(hù)裝置。還需要說明的是，鈾礦石不能直接做核燃料。鈾礦石要經(jīng)過精選、碾碎、酸浸、濃縮等程序，制成有肯定鈾含量、肯定幾何外形的鈾棒才能參與反響堆工作。熱堆的概念：中子打入鈾－235的原于核以后，原子核就變得不穩(wěn)定，會分裂成兩個較小質(zhì)量的原子核，這是核的裂變反響，放出的能量叫裂變能；產(chǎn)生巨大能量的同時，還會放出2～3個中子和其它射線。235核，引起的核裂變，的裂變又產(chǎn)生的中子和裂變能，如此不斷持續(xù)下去，就形成了鏈?zhǔn)椒错懤迷雍朔错懺斫ㄖ姆错懚研鑼⒘炎儠r釋放出的中子減速后，再引起的核裂變，由于中子的運(yùn)動速度與分子的熱運(yùn)動到達(dá)平衡狀態(tài)，這種中子被稱為熱中子。堆內(nèi)主要由熱中子引起裂變的反響堆叫做熱中子反響堆〔簡稱熱堆〕。熱中子反響堆，它是用慢化劑把快中子速度降低，使之成為熱中子〔或稱慢中子〕，再利用熱中子來進(jìn)展鏈?zhǔn)椒错懙囊环N裝置。由于熱中子更簡潔引起鈾－235等裂變，這樣，用少量裂變物質(zhì)就可獲得鏈?zhǔn)搅炎兎错?。慢化劑是一些含輕元素而又吸取中子少的物質(zhì)，如重水、鈹、石墨、水等。熱中子堆一般都是把燃料元件有規(guī)章地排列在慢化劑中，組成堆芯。鏈?zhǔn)椒错懢褪窃诙研局羞M(jìn)展的。反響堆必需用冷卻劑把裂變能帶出堆芯。冷卻劑也是吸取中子很少的物質(zhì)。熱中子堆最常用的冷卻劑是輕水〔一般水〕、重水、二氧化碳和氦氣。核電站的內(nèi)部它通常由一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)組成。反響堆是核電站的核心。反響堆工作時放出的熱能，由一回路系統(tǒng)的冷卻劑帶出，用以產(chǎn)生蒸汽。因此，整個一回路系統(tǒng)被稱為“核供汽系統(tǒng)”，它相當(dāng)于火電廠的鍋爐系統(tǒng)。為了確保安全，整個一回路系統(tǒng)裝在一個被稱為安全殼的密閉廠房內(nèi)，這樣，無論在正常運(yùn)行或發(fā)生事故時都不會影響安全。由蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)展發(fā)電的二回路系統(tǒng)，與火電廠的汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)根本一樣。輕水堆――壓水堆電站自從核電站問世以來，在工業(yè)上成熟的發(fā)電堆主要有以下三種：輕水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它們相應(yīng)地被用到三種不同的核電站中，形成了現(xiàn)代核發(fā)電的主體。目前，熱中子堆中的大多數(shù)是用輕水慢化和冷卻的所謂輕水堆。輕水堆又分為壓水堆和沸水堆。壓水堆核電站壓水堆核電站的一回路系統(tǒng)與二回路系統(tǒng)完全隔開，它是一個密閉的循環(huán)系統(tǒng)。該核電站的原理流程為：主泵將高壓冷卻劑送入反響堆，一般冷120～160在高壓狀況下，冷卻劑的溫度即使300℃多也不會汽化。冷卻劑把核燃料放出的熱能帶出反響堆，并進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，通過數(shù)以千計的傳熱管，把熱量傳給管外的二回路水，使水沸騰產(chǎn)生蒸汽；冷卻劑流經(jīng)蒸汽發(fā)生器后，再由主泵送入反響堆，這樣來回循環(huán)，不斷地把反響堆中的熱量帶出并轉(zhuǎn)換產(chǎn)生蒸汽。從蒸汽發(fā)生器出來的高溫高壓蒸汽，推動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。做過功的廢汽在冷凝器中分散成水，再由分散給水泵送入加熱器，重加熱后送回蒸汽發(fā)生器。這就是二回路循環(huán)系統(tǒng)。壓水堆由壓力容器和堆芯兩局部組成。壓力容器是一個密封的、又厚又重的、高達(dá)數(shù)十米的圓筒形大鋼殼，所用的鋼材耐高溫高壓、耐腐蝕，用來推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動的高溫高壓蒸汽就在這里產(chǎn)生的。在容器的頂部設(shè)置有掌握棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用以驅(qū)動掌握棒在堆芯內(nèi)上下移動。堆芯是反響堆的心臟，裝在壓力容器中間。它是燃料組件構(gòu)成的。正如鍋爐燒的煤塊一樣，燃料芯塊是核電站“原子鍋爐”燃燒的根本單元。這種芯塊是由二氧化鈾燒結(jié)而成的，含有 2～4%的鈾－235，呈小圓柱形，直徑為9.3毫米。把這種芯塊裝在兩端密封的鋯合金包殼管中，成為一根長約4米、10把200多根燃料棒按正方形排列，用定位格架固定，組成燃料組件。每個堆芯一般由121個到193個組件組成。這樣，一座壓水堆所需燃料棒幾萬根，二氧化鈾芯塊1千多萬塊堆芯。此外，這種反響堆的堆芯還有掌握棒和含硼的冷卻水〔冷卻劑〕。掌握棒用銀銦鎘材料制成，外面套有不銹鋼包殼，可以吸取反響堆中的中子，它的粗細(xì)與燃料棒差不多。把多根掌握棒組成棒束型，用來掌握反響堆核反響的快慢。假設(shè)反響堆發(fā)生故障，馬上把足夠多的掌握棒插入堆芯，在很短時間內(nèi)反響堆就會停頓工作，這就保證了反響堆運(yùn)行的安全。輕水堆沸水堆電站沸水堆核電站沸水堆核電站工作流程是：冷卻劑〔水〕從堆芯下部流進(jìn)，在沿堆芯上升的過程中，從燃料棒那里得到了熱量，使冷卻劑變成了蒸汽和水的混合物，經(jīng)過汽水分別器和蒸汽枯燥器，將分別出的蒸汽來推動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。沸水堆是由壓力容器及其中間的燃料元件、十字形掌握棒和汽水分別器等組成。汽水分別器在堆芯的上部，它的作用是把蒸汽和水滴分開、防止水進(jìn)入汽輪機(jī)，造成汽輪機(jī)葉片損壞。沸水堆所用的燃料和燃料組件與壓水堆一樣。沸騰水既作慢化劑又作冷卻劑。沸水堆與壓水堆不同之處在于冷卻水保持在較低的壓力〔約為70個大氣壓〕下，水通過堆芯變成約285℃的蒸汽，并直接被引入汽輪機(jī)。所以，沸水堆只有一個回路，省去了簡潔發(fā)生泄漏的蒸汽發(fā)生器，因而顯得很簡潔?？傊?，輕水堆核電站的最大優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造和運(yùn)行都比較簡潔，尺寸較小，造價也低在核反響中，用于轟擊原子核的粒子稱為入射粒子或轟擊粒子，被轟擊的原子核稱為靶核，核反響放射的粒子稱為出射粒子，反響生成的原子核稱為剩余核或產(chǎn)物核。入射粒子a轟擊靶核A，放射出射粒子b并生成剩余核B的核反響可用以下方程式表示：A+a→B+b或簡寫為：A(a,b)B假設(shè)a、b為同種粒子，則為散射，并依據(jù)剩余核處于基態(tài)還是激發(fā)態(tài)而分為彈性散射和非彈性散射，用A(a,a)A和A(a,a′)A*表示，給定的入射粒子和靶核能發(fā)生的核反響往往不止一種。每一種核反響稱為一個反響道。反響道由入射道和出射道構(gòu)成。入射粒子和靶核組成入射道，出射粒子和剩余核組成出射道。同一入射道可以有假設(shè)干出射道，同一出射道也可以有假設(shè)干入射道。發(fā)生某種核反響的幾率用核反響截面來表征。只有滿足質(zhì)量數(shù)、電荷、能量、動量、角動量和宇稱等守恒條件，核反響才能發(fā)生，相應(yīng)的反響道稱為開放的，或簡稱開道，反之為閉道。核反響過程總是伴隨著能量的吸取或釋放，前者稱為吸能反響，反者稱為放能反響。反響能常用Q表示，等于反響后與反響前體系動能之差，可標(biāo)明在核反響方程式中，例如：3H+2H→4He+n+QQ=17.6MeV對于吸能反響，僅當(dāng)入射粒子的動能高于閾能〔Eth〕時才能引起核反響。核反響按其本質(zhì)來說是質(zhì)的變化，但它和一般化學(xué)反響有所不同?；瘜W(xué)反響只是原子或離子的重排列組合，而原子核不變。因此，在化學(xué)反響里，一種原子不能變成另一種原子。核反響乃是原子核間質(zhì)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，致使一種原子轉(zhuǎn)化為它種原子，原子發(fā)生了質(zhì)變。核反響的能量效應(yīng)要比化學(xué)反響的大得多。核反響能常以兆電子伏計量，而化學(xué)反響能一般只有幾個電子伏。例如：核反響不是通過一般化學(xué)方法所能實(shí)現(xiàn)的，而是用到很多近代物理學(xué)的試驗(yàn)技術(shù)和理論。首先要用人工方法產(chǎn)生高能量的核“炮彈”，如氦原子核、氫原子核、氘原子核等，利用這些“炮彈”猛烈撞擊別的原子核，從而引起核反響。各種各樣的，都是為了人工產(chǎn)生帶電的高能粒子用做核“炮彈”來進(jìn)展核反響的。當(dāng)1932年人們覺察中子后，不但對原子核的構(gòu)造有了正確的生疏，而且覺察中子是一種型的核“炮彈”。由于中子不帶電荷，它和原子核之間不存在電排斥力，因而用它來產(chǎn)生核反響時，比用帶電的其他高能粒子效果好得多。一些工廠有核反響堆。核反響通常分為四類：衰變、粒子轟擊、裂變和聚變。前者為自發(fā)發(fā)生的核轉(zhuǎn)變，而后三種為人工核反響〔即用人工方法進(jìn)展的非自發(fā)核反響〕。定義①我們來分析一下“原文”中對“核反響”的定義:“原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生原子核的過程,稱為核反響”.這個定義明顯是有肯定局限性的,實(shí)際上描述的是另外一種原子核反響類型——原子核的人工轉(zhuǎn)變(包括重核裂變等)。②像鈾、釷和鐳這些放射性元素,原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子可以連續(xù)地由高能排列變成低能排列,這就稱為“核反響”,釋放出來的多余能量叫做“原子核能[1]”。③當(dāng)用肯定能量的人射核子去轟