核反應堆有哪幾種型別

2021-03-07 06:47:27 字數 3943 閱讀 2032

1樓:**雞取

核反應堆的分類有:

一、將中子束用於實驗或利用中子束的核反應,包括研究堆、材料實驗等。

二、生產放射性同位素的核反應堆。

三、生產核裂變物質的核反應堆,稱為生產堆。

四、提供取暖、海水淡化、化工等用的熱量的核反應堆,比如多目的堆。

五、為發電而發生熱量的核反應,稱為發電堆。

六、用於推進船舶、飛機、火箭等到的核反應堆,稱為動力堆。

2樓:匿名使用者

中進行可控自持鏈式裂變反應以產生熱能的裝置。裂變反應堆利用可裂變的重元素(如鈾-235、鈾-233和鈽-239),在中子的作用下,形成可控自持鏈式裂變反應,釋放能量。典型的反應方程式如下:

[323-01]

世界上第一座裂變反應堆於2023年12月 2日在芝加哥大學達到臨界。那是一座以天然鈾為燃料、石墨為慢化劑的實驗性反應堆。第一座原型生產堆於2023年11月建成並投入執行。

2023年6月27日,蘇聯建成世界上第一座核電站,採用天然鈾石墨慢化壓力管式水冷反應堆,電功率為5000千瓦。2023年7月,美國建成世界上第一座商用壓水堆核電站,電功率為28.5萬千瓦(初期設計值)。

到80年代,裂變反應堆已成為世界上最重要的替代能源。

核反應堆按用途可分為:艦船推進、發電、供熱的動力堆,生產裂變材料鈽或氚的生產堆,做材料和燃料輻照試驗用的試驗堆等;按結構可分為:均勻堆、半均勻堆、非均勻堆、固體燃料堆、液體燃料堆、游泳池式堆、殼式加壓型反應堆、壓力管式加壓型反應堆等;按中心能譜可分為:

熱中子堆、快中子堆、中能中子堆和譜移堆;按冷卻劑可以分為:輕水堆、重水堆、壓水(重水)堆、沸水(重水)堆、氣冷堆、液態金屬冷卻堆等;按慢化劑可分為:輕水堆、重水堆、石墨堆等;按燃料增殖性可分為:

增殖堆和非增殖堆。核電站應用最普遍的是壓水堆。

裂變反應堆系統的一般組成是:核燃料元件、控制棒及其驅動機構、慢化劑、冷卻劑以及堆內結構部件構成的堆心堆心連同包容它的反應堆容器稱為反應堆(見圖[反應堆示意])。通常所說的反應堆實際多指反應堆系統或反應堆裝置。

反應堆系統還包括主冷卻迴路管道、主冷卻泵(或鼓風機)、蒸發器(或熱交換器)以及進一步冷卻或利用熱能的二次迴路。

核燃料 在反應堆中受中子作用產生核裂變反應並釋放中子和熱量的一種材料。作為燃料「燒掉」的是 3種可裂變核素鈾-233、鈾-235和鈽-239中的一種或其混合物。直到80年代,廣泛使用的核燃料是鈾。

天然鈾中含鈾-235只有0.71%,需通過擴散、離心、鐳射等方法將天然鈾中的鈾-235和鈾-238分離,提供鈾-235含量比天然鈾比例更高的濃縮的鈾燃料。另兩種可裂變核素是在反應堆中人工生產的。

核燃料的應用形式有作為固體燃料的純金屬、合金、化合物(特別是鈉的氧化物和碳化物)以及作為液體燃料的水溶液、液態金屬溶液和懸浮物。對固體燃料來說,為了包容裂變產物和防止核燃料的氧化和腐蝕,採用金屬或石墨包殼將燃料包覆起來。這種燃料稱為芯體。

一組用合金包覆的燃料元件(形式可為棒狀、片狀和環狀)可裝配成元件,元件之間的定位部件稱為定位架。目前執行的壓水堆、沸水堆、重水堆都採用這種燃料元件。用石墨包覆的核燃料顆粒與石墨混合,壓制成球形或稜柱形燃料元件,可用於高溫氣冷堆。

鋯與金屬鈾的合金經氫化,形成鈾氫鋯元件,用不鏽鋼管包覆,可作為一種特殊試驗堆(trca,實際是半均勻堆)的燃料元件。

慢化劑 核燃料裂變反應釋放的中子為快中子,而在熱中子或中能中子反應堆中要應用慢化中子維持鏈式反應,慢化劑就是用來將快中子能量減少,使之慢化成為中子或中能中子的物質。選擇慢化劑要考慮許多不同的要求。首先是核特性:

即良好的慢化效能和儘可能低的中子俘獲截面;其次是**、機械特性和輻照敏感性。有時慢化劑兼作冷卻劑,既使不是,在設計中兩者也是緊密相關的。應用最多的固體慢化劑是石墨,其優點是具有良好的慢化效能和機械加工效能,小的中子俘獲截面和價廉。

石墨是迄今發現的可以採用天然鈾為燃料的兩種慢化劑之一;另一種是重水。其他種類慢化劑則必須使用濃縮的核燃料。從核特性看,重水是更好的慢化劑,並且因其是液體,可兼做冷卻劑,主要缺點是**較貴,系統設計需有嚴格的密封要求。

輕水是應用最廣泛的慢化劑,雖然它的慢化效能不如重水,但**便宜。重水和輕水有共同的缺點,即產生輻照分解,出現氫、氧的積累和複合。

控制棒 在反應堆中起補償和調節中子反應性以及緊急停堆的作用。製作控制棒的材料其熱中子吸收截面大,而散射截面小。好的控制棒材料(如鉿、鏑等)在吸收中子後產生的新同位素仍具有大的熱中子吸收截面,因而使用壽命很長。

核電站常用的控制棒材料有硼鋼、銀-銦-鎘合金等。其中含硼材料因資源豐富、**低,應用較廣,但它容易產生輻照脆化和尺寸變化(腫脹)。銀-銦-鎘合金熱中子吸收截面大,是輕水堆的主要控制材料。

壓水堆中採用棒束控制,控制材料製成棒狀,每個棒束由24根控制棒組成,均勻分佈在17×17的燃料元件間。核電站通過專門驅動機構調節控制棒插入燃料元件的深度,以控制反應堆的反應性,緊急情況下則利用控制棒停堆(這時,控制棒材料大量吸收熱中子,使自持鏈式反應無法維持而中止)。

冷卻劑 由主迴圈泵驅動,在一回路中迴圈,從堆心帶走熱量並傳給二回路中的工質,使蒸汽發生器產生高溫高壓蒸汽,以驅動汽輪發電機發電。冷卻劑是唯一既在堆心中工作又在堆外工作的一種反應堆成分,這就要求冷卻劑必需在高溫和高中子通量場中工作是穩定的。此外,大多數適合的流體以及它們含有的雜質在中子輻照下將具有放射性,因此冷卻劑要用耐輻照的材料包容起來,用具有良好射線阻擋能力的材料進行遮蔽。

理想的冷卻劑應具有優良慢化劑核特性,有較大的傳熱係數和熱容量、抗氧化以及不會產生很高的放射性。液態鈉(主要用於快中子堆)和鈉鉀合金(主要用於空間動力堆)具有大的熱容量和良好的傳熱效能。輕水在**、處理、抗氧化和活化方面都有優點,但是它的熱特性不好。

重水是好的冷卻劑和慢化劑,但**昂貴。氣體冷卻劑(如二氧化碳、氦)具有許多優點,但要求比液體冷卻劑更高的迴圈泵功率,系統密封性要求也較高。有機冷卻劑較突出的優點是在堆內的啟用活性較低,這是因為全部有機冷卻劑的中子俘獲截面較低,主要缺點是輻照分解率較大。

應用最普遍的壓水堆核電站用輕水作冷卻劑兼慢化劑。

遮蔽 為防護中子、γ射線和熱輻射,必須在反應堆和大多數輔助裝置周圍設定遮蔽層。其設計要力求造價便宜並節省空間。

對γ射線遮蔽,通常選擇鋼、鉛、普通混凝土和重混凝土。鋼的強度最好,但**較高;鉛的優點是密度高,因此鉛遮蔽厚度較小;混凝土比金屬便宜,但密度較小,因而遮蔽層厚度比其他的都大。

來自反應堆的γ射線強度很高,被遮蔽體吸收後會發熱,因此緊靠反應堆的γ射線遮蔽層中常設有冷卻水管。某些反應堆堆心和壓力殼之間設有熱遮蔽,以減少中子引起壓力殼的輻照損傷和射線引起壓力殼發熱。

中子遮蔽需用有較大中子俘獲截面元素的材料,通常含硼,有時是濃縮的硼-10。有些遮蔽材料俘獲中子後放射出γ射線,因此在中子遮蔽外要有一層γ射線遮蔽。通常設計最外層遮蔽時應將輻射減到人類允許劑量水平以下,常稱為生物遮蔽。

核電站反應堆最外層遮蔽一般選用普通混凝土或重混凝土。

3樓:麴蘆韶書竹

按入射粒子的不同,核反應可分為三類:①中子核反應,如中子的彈性散射(n,n)、非彈性散射(n,n′),中子的輻射俘獲(n,γ),發射帶電粒子的核反應(n,p)、(n,α)等,又如中子裂變反應(n,f),發射兩粒子的核反應(n,2n)、(n,pn)等;②帶電粒子核反應,如質子引起的核反應(p,γ)、(p,n)、(p,p)、(p,p′)、(p,α)、(p,2n)等,氘核引起的核反應(d,n)、(d,p)、(d,α)等,α粒子引起的核反應(α,n)、(α,2n)、(α,p)等,重離子引起的核反應(12c,4n)、(22ne,6n)等;③光核反應,即光子引起的核反應,如(γ,n)、(γ,p)、(γ,α)、(γ,f

)等。按入射粒子的能量,核反應又可粗分為三類:①低能核反應,入射粒子能量低於108電子伏,對於較輕的重離子,每個核子平均能量低於107電子伏(如108電子伏的碳12核),也屬於低能核反應的範疇,低能核反應的出射粒子的數目最多為3~4個;②中能核反應,入射粒子能量在108~1010電子伏之間;③高能核反應,入射粒子能量大於1010電子伏。

4樓:匿名使用者

按燃料反應方式分

普通裂變堆

增值裂變堆

按減速劑型別分

石墨堆重水堆

輕水堆等等

按冷卻導熱分

水冷堆氣冷堆

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