重水堆簡介

1、重水反應(yīng)堆簡介,姓名：王小亮 班級：0902301 學號：1090230113,重水反應(yīng)堆-PHWR？,概念：用重水作為慢化劑的熱中子反應(yīng)堆。 可以用重水、普通水、二氧化碳和有機物作冷卻劑。由于重水的熱中子吸收截面很小，可以采用天然鈾燃料。鈾燃料的利用率高于輕水堆，燒過的燃料的235U含量僅為0.13%，乏燃料不必進行后處理。這種堆可以作為生產(chǎn)堆、動力堆和研究堆使用。堆內(nèi)中子經(jīng)濟性好，可生產(chǎn)氚和發(fā)展成為先進的轉(zhuǎn)化堆。

2、堆內(nèi)重水裝載量大，反應(yīng)堆造價較高。,重水反應(yīng)堆模型,重水堆的類型及特點,重水堆在幾十年的發(fā)展中，已派生出不少類型。按結(jié)構(gòu)劃分，重水堆可以分為壓力管式和壓力殼式，但目前達到商用的只有加拿大發(fā)展的壓力管臥式重水堆，稱為CANDU型重水堆。采用壓力管時，冷卻劑可以與慢化劑相同也可不同。壓力管式重水堆又分為立式和臥式兩種。采用立式時，壓力管是垂直的，可采用有機物、氣體、加壓重水或沸騰輕水冷卻；采用臥式時，壓力管水平放置，不宜用沸騰輕水冷卻。壓力

3、殼式重水堆只有立式，冷卻劑與慢化劑相同，可以是加壓重水或沸騰重水，燃料元件垂直放置，與壓水堆或沸水堆類似。,重水堆與輕水堆的比較,雖然輕水堆已經(jīng)在核動力市場上占據(jù)了統(tǒng)治地位，但是近年來，由于重水堆能夠節(jié)約核燃料，因而引起不少國家政府和核工業(yè)界人士的重視。在新開辟的核動力市場上，重水堆已經(jīng)成為輕水堆的主要競爭對手。 重水堆的主要特點是由重水的核特性決定的。重水與輕水的熱物理性質(zhì)差不多，因此作為冷卻劑時，為獲得高的堆芯出口參數(shù)都需要

4、加壓。但是重水和輕水的核特性相差很大，這個差別主要表現(xiàn)在中子的慢化和吸收上。,重水堆的主要優(yōu)點,在目前常用的慢化劑當中，重水的慢化能力僅次于輕水，但重水的最大優(yōu)點是它的吸收熱種子的幾率，即吸收截面要比輕水小兩百多倍，從而使得重水的慢化比遠高于其他各種慢化劑。 1. 由于重水吸收熱種子的幾率小，所以中子經(jīng)濟性好，以重水作為慢化劑的反應(yīng)堆，可以采用天然鈾作為核燃料，從而使得建造重水堆的國家，不必建造濃縮鈾工廠。,重水堆的主

5、要優(yōu)點,2. 由于重水堆吸收熱中子的幾率小，所以以重水作為慢化劑的反應(yīng)堆，中子除了維持鏈式裂變反應(yīng)之外，還有較多的剩余中子可以用來使238-U轉(zhuǎn)變?yōu)?39-Pu或者使232-Th轉(zhuǎn)變?yōu)?33-U使得重水堆不但能用天然鈾實現(xiàn)鏈式裂變反應(yīng)，而且比輕水堆節(jié)約大約20%的天然鈾。也因此，有的重水堆主要用于生產(chǎn)易裂變材料或其他材料，或用來進行工業(yè)規(guī)模輻照。,重水堆核電站,重水的軍事用途,重水中的氘作為氫彈的核材料,重水堆的主要優(yōu)點,此外，重水堆還

6、具有小的過剩反應(yīng)性、長瞬發(fā)種子壽期、大容積常溫低壓慢化劑和屏蔽水熱阱、燃料組件簡單短小、可不停堆換料和應(yīng)用多種核燃料等主要優(yōu)點，已成為很多國家發(fā)展核電重要的候選堆型。我國秦山三期核電廠采用了兩臺700MW級的CANDU-6型重水堆機組，已分別于2002年12月和2003年7月投入商業(yè)運行。,秦山三期重水堆核電站核島工程,重水堆的主要缺點,重水堆由于重水吸收中子少，而具有上述優(yōu)點，但由于重水的慢化能力比輕水低，又給他帶來了不少缺點。1.

7、由于重水的慢化能力比輕水低，，為了使裂變產(chǎn)生的快中子得到充分的慢化，堆內(nèi)慢化劑的需要量就很大。再加上重水堆使用的是天然鈾，因而重水堆的堆芯體積比壓水堆大十倍左右。2.雖然從天然水中提取重水，比從天然鈾中制取濃縮鈾容易，但由于天然水中重水含量太低，所以重水仍然是一種昂貴的材料。由于重水用量大，所以重水的費用約占重水堆基建投資的1/6。,實驗室制取重水,重水加工設(shè)備,伊朗重水加工廠設(shè)備,重水堆的主要缺點,重水堆由于使用天然鈾作燃料，堆芯的

8、后備反應(yīng)性少，因此需要經(jīng)常將燒透了的燃料元件卸出堆外，補充新燃料。倘若經(jīng)常為此而停堆裝卸核燃料，對于要求連續(xù)發(fā)電的核電廠而言是不能容忍的，這就要求重水堆核電廠能夠進行不停堆換料，當然實際上已經(jīng)實現(xiàn)了不停堆換料。 總之，由于輕水和重水的核特性相差很大，在慢化性能的兩個主要指標上，它們的優(yōu)劣正好相反，使它們成了天生的一對競爭伙伴。正是這個原因，使得這兩種堆型的選擇，成了不少國家的議會、政府和科技界人士長期爭論不休的

9、難題。,CANDU-6型重水堆核電廠介紹,由于由加拿大原子能公司發(fā)展起來的以天然鈾為核燃料、重水慢化、加壓重水冷卻臥式壓力管式重水堆（CANDU型），是唯一達到商業(yè)化技術(shù)要求的重水堆。因此下面著重論述CANDU-6型重水堆核電廠的設(shè)計特性、安全特性和事故響應(yīng)特點。右圖為CANDU型的反應(yīng)堆組件結(jié)構(gòu)。,重水堆系統(tǒng)的設(shè)計特征,與壓水堆一樣，重水堆核電廠也可分為兩個獨立的回路，即熱傳輸系統(tǒng)（核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)）和蒸汽給水回路（二回路）。

10、 核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)堆組件，換料系統(tǒng)、慢化劑系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)以及蒸汽和給水系統(tǒng)。右圖顯示較為詳細的CANDU核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)圖。,重水堆系統(tǒng)的設(shè)計特征,反應(yīng)堆本體是一個大型水平放置的圓筒形容器，成為排管容器，里面盛有低溫、低壓的慢化劑。在容器內(nèi)貫穿許多水平管道，稱為燃料通道，其中裝有天然鈾棒束和高溫高壓重水冷卻劑。主泵寄送冷卻劑，經(jīng)燃料通道將熱量帶出來，然后經(jīng)過蒸汽發(fā)生器，利用此熱量產(chǎn)生蒸汽供汽輪機做功。蒸汽發(fā)生器和冷卻機泵安裝在反

11、應(yīng)堆的兩端，以便使冷卻劑自反應(yīng)堆的一端流進堆芯的一半燃料通道，而從另一端一相反的方向，流入另一半的燃料通道。冷卻機系統(tǒng)設(shè)有穩(wěn)壓器，以維持較高的系統(tǒng)壓力。從上圖可以,重水堆系統(tǒng)的設(shè)計特征,看出，對低溫的慢化劑也設(shè)有循環(huán)冷卻系統(tǒng)，它將重水本身與中子及射線相互作用產(chǎn)生的熱量帶走。,重水堆結(jié)構(gòu)模型,重水堆系統(tǒng)的設(shè)計特征,反應(yīng)堆組件（如右圖）包括：一個不銹鋼排管容積、反應(yīng)性控制機構(gòu)和380根燃料通道組件。燃料通道組件貫穿排管容積，內(nèi)裝燃料和重水冷

12、卻劑。每根壓力管和排管的間隙充滿氣體，起隔熱作用。,重水堆系統(tǒng)的設(shè)計特征,重水堆與壓水堆在反應(yīng)堆和燃料方面的主要區(qū)別見下表：,重水堆的安全特性,重水堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一些獨特的安全特性，與壓水堆一樣，這些安全特性中一部分為重水堆所固有的，另一部分則是特殊設(shè)計的工程安全設(shè)施提供的。重水堆固有的安全特性：重水堆固有的安全性是由核燃料、反應(yīng)性調(diào)節(jié)特性等提供的。1.燃料 CANDU堆采用天然鈾作為核燃料，235-U約占0.

13、7%，較壓水堆低得多，這就大大降低了在堆外或者燃料貯存水池內(nèi)燃料處理時發(fā)生反應(yīng)性引入事故的可能性，而且堆芯嚴重損壞導致的燃料重新布置所引入的反應(yīng)性也十分有限。,重水堆固有的安全特性,,重水堆固有的安全特性,反應(yīng)堆的瞬變過程就相對較慢，使得反應(yīng)堆更加容易控制；而且，當反應(yīng)堆達到瞬發(fā)臨界時，反應(yīng)堆周期也不會突然下降。 由于重水堆采用不停堆換料，反應(yīng)堆的過剩反應(yīng)性只需要維持在最小值，因此調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)性價值也就相對較低，大約為

14、15mk，這樣，控制系統(tǒng)失調(diào)引入的反應(yīng)性變化就十分有限。 重水堆的冷卻劑和慢化劑是分開的，燃料通道之間的空間較大，反應(yīng)性控制裝置就可以安裝和運行在低溫低壓的慢化劑環(huán)境中，安全可靠性高，特別是排除了任何控制棒因高壓水力而彈出堆芯的可能性。,重水堆固有的安全特性,3.堆芯余熱排出 通常，堆芯余熱可以通過兩種相互獨立的途徑釋出：其一為蒸汽發(fā)生器，將熱量傳遞給二回路側(cè)的給水；其二為余熱排出系統(tǒng)（停堆冷卻系統(tǒng)），熱

15、量通過停堆冷卻熱交換器傳遞給工藝水系統(tǒng)。 在發(fā)生LOCA時，需要用ECCS冷卻水再淹沒堆芯，并釋出一部分堆芯余熱。ECCS釋出的熱量最終通過ECCS熱交換器排到工藝水系統(tǒng)。在重水堆中，由于承壓邊界在堆芯內(nèi)是由幾百個小直徑的壓力管構(gòu)成，這些壓力管內(nèi)的冷卻劑匯集于反應(yīng)堆進出口的集管，所以熱傳輸系統(tǒng)中發(fā)生的最大的破口尺寸僅限于反應(yīng)堆進、出口集管的尺寸。由于反應(yīng)堆進、,重水堆固有的安全特性,出口集管的位置均高于反應(yīng)堆的最高處，因

16、此在發(fā)生LOCA時，堆芯在ECCS系統(tǒng)的動作下能始終處于淹沒狀態(tài)。 與壓水堆一樣，熱傳輸系統(tǒng)中蒸汽發(fā)生器的位置要高于反應(yīng)堆，這使得在主泵停轉(zhuǎn)和反應(yīng)堆停閉后，能夠依賴回路自然循環(huán)來釋出反應(yīng)堆的衰變預熱。 熱傳輸系統(tǒng)的“8字形”設(shè)計使每個回路的冷卻劑通過兩個流向相反的流程通過堆芯。在發(fā)生LOCA時，這種布置減緩了堆芯的氣化速率，從而有效的限制了由于堆芯氣化引起的功率瞬變，這是因為對于任何一個典型的破口位置，總

17、有一個流程通過堆芯流到破口處的長度要大于另一個。 在重水堆中，另一個重要特點是額外兩重固有和非能動,重水堆固有的安全特性,,重水堆固有的安全特性,實施贏得寶貴的時間。下面兩個圖分別給出了慢化劑和屏蔽水箱的釋熱過程。,重水堆工程安全特性,工程安全特性： 與現(xiàn)有所有反應(yīng)堆一樣，重水堆設(shè)計也采用了工程安全系統(tǒng)。同樣的，其設(shè)計準則也與壓水堆等其他堆型一樣，如遵循縱深防御、多樣性、單一故障、故障安全等原則。

18、 這些系統(tǒng)在正常運行工況時并不運行，但出于熱備用狀態(tài)。換句話說，就是一旦工藝系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)不能將關(guān)鍵參數(shù)維持在規(guī)定的許可范圍時，它們就將動作。因為發(fā)生這樣的工況的話，燃料包殼的完整性就會受到威脅，并且具有放射性物質(zhì)釋放的可能性。 為工藝系統(tǒng)提供后備的是一些專設(shè)安全系統(tǒng)。支持這些專設(shè)安全系統(tǒng)的是提供另一種電源（應(yīng)急電源系統(tǒng)）和冷卻水源（應(yīng)急水源系統(tǒng)）的系統(tǒng)。,重水堆工程安全特性,1.反應(yīng)堆停堆系統(tǒng)：CANDU核電

19、廠設(shè)有兩套完全獨立和全功能的SDS-1和SDS-2停堆系統(tǒng)，該系統(tǒng)能使反應(yīng)堆在必要時停閉。2.應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)（ECCS）：應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)向熱傳輸系統(tǒng)提供輕水，以補償發(fā)生假像的失水事故時損失的重水冷卻劑，并循環(huán)和冷卻從反應(yīng)堆廠房地面上收集的重水、輕水混合物，將其,停堆系統(tǒng),重水堆工程安全特性,送到反應(yīng)堆集管以保證長期的燃料冷卻，以達到向反應(yīng)堆燃料通道再注射冷卻劑和從燃料排出余熱或衰變熱的目的。,重水堆工程安全特性,3.安全殼系統(tǒng)：

20、如果反應(yīng)堆系統(tǒng)發(fā)生事故，則安全殼系統(tǒng)的運行可以提供包容所釋放出放射性物質(zhì)的密封外殼，以防止從反應(yīng)堆溢出的放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中。其包括：自動噴淋系統(tǒng)、空氣冷卻器、過濾空氣排放系統(tǒng)以及人員和設(shè)備閘門。,重水堆事故響應(yīng)特點,由于重水堆和壓水堆在上述各方面的異同點，使得兩者在發(fā)生各類事故時，其響應(yīng)也有所不同，下表給出了重水堆和壓水堆在事故工況不同的響應(yīng)：,重水堆事故響應(yīng)特點,從表中可以看出，一些在壓水堆必須嚴格加以考慮的事故發(fā)生在重水堆時，