核電反應堆類型及現(xiàn)狀

2016/12/26 13:37:21

提供豐富的電力是我國發(fā)展經(jīng)濟的重要基礎，電力是經(jīng)濟發(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)濟發(fā)達國家相比，還有很大差距。因此專家預測未來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之無愧的低碳綠色能源。
 
　　英國物理學家查德威克于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)過科學測算，1公斤鈾-235釋放的能量相當于2700噸標準煤釋放出的能量。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，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反應釋放出能量的，而是通過原子核發(fā)生變化釋放出能量的。1942年由費米領導的研究小組在美國芝加哥大學建成了世界上第一座自持鏈式核裂變反應裝置，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。
 
　　核反應堆是一個維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現(xiàn)核能到熱能轉換的裝置。反應堆發(fā)生自持鏈式裂變反應時，中子增值系數(shù)k有效為1。為實現(xiàn)自持的鏈式裂變反應所必須保持一定數(shù)量的核燃料質(zhì)量，稱為臨界質(zhì)量。反應堆由堆芯、冷卻劑系統(tǒng)、慢化劑系統(tǒng)、反射層、控制與保護系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、輻射監(jiān)測系統(tǒng)等組成。核反應堆是核電廠的心臟，核裂變鏈式反應在其中進行。鏈式裂變反應釋放出來的能量，絕大部分首先在燃料元件內(nèi)轉化為熱能，然后通過熱傳導、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化為熱能。
 
　　反應堆的結構形式是千姿百態(tài)的，它根據(jù)燃料形式、冷卻劑種類、中子能量分布形式、特殊的設計需要等因素可建造成各種不同結構形式的反應堆。目前世界上有大小反應堆上千座，其分類也是多種多樣的。反應堆按中子能譜分有熱中子堆和快中子堆。反應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。