核电反应堆类型及现状

2016/12/26 13:37:21

提供丰富的电力是我国发展经济的重要基础，电力是经济发展的牵引力。目前我国的人均电力消费与美国、日本和法国等经济发达国家相比，还有很大差距。因此专家预测未来20年的我国电力需求将是现在的两倍以上。巨大的电力需求，给我国提出了一个重要问题：用什么能源来补充新的电力呢？
 
　　现在，世界上有四百多座发电用反应堆，核电装机容量约占总装机容量的16%。几十年的工业实践证明了核电是经济的并且安全的。更为重要的是，核电是一种几乎没有温室气体释放的低碳绿色能源。我们知道，温室气体有很多种，但其中最主要的是二氧化碳，因此衡量一个能源系统的温室气体排放情况通常用温室气体排放系数，即每生产一度电向环境排放多少克等效二氧化碳来度量。据科学家计算分析，我国燃煤电厂的温室气体排放系数约为1302.3克等效CO2/千瓦时。核电厂虽然自身不排放温室气体，但考虑到它在建造和运行中所用的材料，其燃料链温室气体的排放系数约为13.7克等效CO2／千瓦时。可见，核电厂向环境释放的温室气体，只有同等规模煤电厂的1％左右，因此我们称核电为当之无愧的低碳绿色能源。
 
　　英国物理学家查德威克于1932年发现了中子，中子像一把钥匙打开了原子核的大门，为核能的利用开辟了广阔的空间。经过科学测算，1公斤铀-235释放的能量相当于2700吨标准煤释放出的能量。核能分为核裂变能和核聚变能两种，现在核电厂利用核能的方式是可控核裂变反应，可控核聚变还正在研究之中。核裂变能不是像火电厂那样通过化学反应释放出能量的，而是通过原子核发生变化释放出能量的。1942年由费米领导的研究小组在美国芝加哥大学建成了世界上第一座自持链式核裂变反应装置，1954年前苏联建成第一座5兆瓦石墨水冷堆核电厂，从此开辟了核能和平利用的新纪元。需要顺便提一下的是，1986年前苏联发生事故的切尔诺贝利核电厂就是一座石墨水冷堆核电厂，这种堆型的核电厂已遭历史的淘汰。
 
　　核反应堆是一个维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能到热能转换的装置。反应堆发生自持链式裂变反应时，中子增值系数k有效为1。为实现自持的链式裂变反应所必须保持一定数量的核燃料质量，称为临界质量。反应堆由堆芯、冷却剂系统、慢化剂系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。核反应堆是核电厂的心脏，核裂变链式反应在其中进行。链式裂变反应释放出来的能量，绝大部分首先在燃料元件内转化为热能，然后通过热传导、对流传热和热辐射等方式传递给燃料元件周围的冷却剂；而小部分能量则直接在慢化剂中转化为热能。
 
　　反应堆的结构形式是千姿百态的，它根据燃料形式、冷却剂种类、中子能量分布形式、特殊的设计需要等因素可建造成各种不同结构形式的反应堆。目前世界上有大小反应堆上千座，其分类也是多种多样的。反应堆按中子能谱分有热中子堆和快中子堆。反应堆按冷却剂分有轻水堆、重水堆、气冷堆和钠冷堆。其中的轻水堆又可分为压水堆和沸水堆；气冷堆中代表性的堆型是高温氦气冷却石墨球床堆，简称高温气冷堆；液态金属冷却堆的代表堆型是钠冷快中子增殖堆，简称钠冷快堆。反应堆按用途分为研究堆、生产堆和动力堆等，生产堆主要是用于生产军用钚和氚。