核電反應(yīng)堆類型及現(xiàn)狀

2016/12/26 13:37:21

提供豐富的電力是我國發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，電力是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的牽引力。目前我國的人均電力消費與美國、日本和法國等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家相比，還有很大差距。因此專家預(yù)測未來20年的我國電力需求將是現(xiàn)在的兩倍以上。巨大的電力需求，給我國提出了一個重要問題：用什么能源來補充新的電力呢？
 
　　現(xiàn)在，世界上有四百多座發(fā)電用反應(yīng)堆，核電裝機容量約占總裝機容量的16%。幾十年的工業(yè)實踐證明了核電是經(jīng)濟(jì)的并且安全的。更為重要的是，核電是一種幾乎沒有溫室氣體釋放的低碳綠色能源。我們知道，溫室氣體有很多種，但其中最主要的是二氧化碳，因此衡量一個能源系統(tǒng)的溫室氣體排放情況通常用溫室氣體排放系數(shù)，即每生產(chǎn)一度電向環(huán)境排放多少克等效二氧化碳來度量。據(jù)科學(xué)家計算分析，我國燃煤電廠的溫室氣體排放系數(shù)約為1302.3克等效CO2/千瓦時。核電廠雖然自身不排放溫室氣體，但考慮到它在建造和運行中所用的材料，其燃料鏈溫室氣體的排放系數(shù)約為13.7克等效CO2／千瓦時�？梢�，核電廠向環(huán)境釋放的溫室氣體，只有同等規(guī)模煤電廠的1％左右，因此我們稱核電為當(dāng)之無愧的低碳綠色能源。
 
　　英國物理學(xué)家查德威克于1932年發(fā)現(xiàn)了中子，中子像一把鑰匙打開了原子核的大門，為核能的利用開辟了廣闊的空間。經(jīng)過科學(xué)測算，1公斤鈾-235釋放的能量相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放出的能量。核能分為核裂變能和核聚變能兩種，現(xiàn)在核電廠利用核能的方式是可控核裂變反應(yīng)，可控核聚變還正在研究之中。核裂變能不是像火電廠那樣通過化學(xué)反應(yīng)釋放出能量的，而是通過原子核發(fā)生變化釋放出能量的。1942年由費米領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在美國芝加哥大學(xué)建成了世界上第一座自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)裝置，1954年前蘇聯(lián)建成第一座5兆瓦石墨水冷堆核電廠，從此開辟了核能和平利用的新紀(jì)元。需要順便提一下的是，1986年前蘇聯(lián)發(fā)生事故的切爾諾貝利核電廠就是一座石墨水冷堆核電廠，這種堆型的核電廠已遭歷史的淘汰。
 
　　核反應(yīng)堆是一個維持和控制核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而實現(xiàn)核能到熱能轉(zhuǎn)換的裝置。反應(yīng)堆發(fā)生自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)時，中子增值系數(shù)k有效為1。為實現(xiàn)自持的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)所必須保持一定數(shù)量的核燃料質(zhì)量，稱為臨界質(zhì)量。反應(yīng)堆由堆芯、冷卻劑系統(tǒng)、慢化劑系統(tǒng)、反射層、控制與保護(hù)系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、輻射監(jiān)測系統(tǒng)等組成。核反應(yīng)堆是核電廠的心臟，核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在其中進(jìn)行。鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)釋放出來的能量，絕大部分首先在燃料元件內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能，然后通過熱傳導(dǎo)、對流傳熱和熱輻射等方式傳遞給燃料元件周圍的冷卻劑；而小部分能量則直接在慢化劑中轉(zhuǎn)化為熱能。
 
　　反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)形式是千姿百態(tài)的，它根據(jù)燃料形式、冷卻劑種類、中子能量分布形式、特殊的設(shè)計需要等因素可建造成各種不同結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)堆。目前世界上有大小反應(yīng)堆上千座，其分類也是多種多樣的。反應(yīng)堆按中子能譜分有熱中子堆和快中子堆。反應(yīng)堆按冷卻劑分有輕水堆、重水堆、氣冷堆和鈉冷堆。其中的輕水堆又可分為壓水堆和沸水堆；氣冷堆中代表性的堆型是高溫氦氣冷卻石墨球床堆，簡稱高溫氣冷堆；液態(tài)金屬冷卻堆的代表堆型是鈉冷快中子增殖堆，簡稱鈉冷快堆。反應(yīng)堆按用途分為研究堆、生產(chǎn)堆和動力堆等，生產(chǎn)堆主要是用于生產(chǎn)軍用钚和氚。