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核电科普


——大唐黑龙江发电有限公司

一、什么是核能?
? 原子和原子核
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世界万物均由原子组成。不同的原子构 成不同的原子构成不同的物质。原子很 小,其直径只有一亿分之一厘米左右, 肉眼根本看不到。原子活像个小网球, 其外层由高速运转的电子组成,中心有 一个“核”,称为原子核。

原子核 中子
+ ++

质子 电子 (电子云)

? 原子核内蕴藏着巨大的能量

别看原子核小,他内部蕴藏的能量却 不小。例如U235的原子核内蕴藏着巨 大的能量,通俗地比较: 燃烧一公斤木柴能发1度电 燃烧一公斤煤能发3度电 燃烧一公斤石油能发4度电 用一公斤铀可以发5万度电

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如何使U235原子核中蕴藏的能量释放出来呢?科学 家经过实验和研究发现,当一个铀235原子核在吸 收了一个能量适中的中子后,这个原子核由于内部 不稳定而分裂成两个或多个质量较小的原子核(裂 变碎片),这种现象叫作核裂变。每次核裂变可释 放出约200兆电子伏能量和2-3个新的中子。

? 链式裂变反应
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由于每次核裂变可释放出2~3个新的中 子,因此,只要条件适当,这些新的中 子就可以使其他原子核发生新的裂变, 释放出更多新的中子,从而使核裂变反 应持续进行下去,形成所谓的链式裂变 反应,使原子核内的能量被源源不断的 释放出来。

二、什么是核电站?
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核电站是利用核能来大规模生产电力的 发电站。它与我们常见的火电站一样, 都用蒸汽推动汽轮机旋转,带动发电机 发电。它们的主要不同在于蒸汽供应系 统。火电厂依靠燃烧化石燃料(煤、石 油、天然气)释放的化学能制造蒸汽, 核电站则依靠核燃料的核裂变反应释放 的核能来制造蒸汽。

? 核反应堆
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产生核裂变的反应的设备叫做反应堆。 核反应堆是核电站的核心设备,它的作 用是维持和控制链式裂变反应,产生核 能,并将核能转变成可供使用的热能。 用于发电的反应堆有压水堆、重水堆、 沸水堆、高温气冷堆、铀冷快堆等。当 堆芯 前世界上建的最多的是压水堆核电站。

? 核燃料组件 ? 核电站的燃料是铀,其有效成分是铀—235, 含量为3%左右。核燃料被烧结成一个个圆柱 状得二氧化铀陶瓷体芯块,叠装在用锆合金 做成的包壳管中,做成一根根细长的燃料棒, 再把这些燃料棒按一定规则组装成一个个燃 料组件,就可以供核电站使用。核电站的反 应堆堆芯内装有100多个这样的核燃料组件, 总重量达几十吨。

? 控制棒组件
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核反应堆的开、停和核功率的调节都由 控制棒控制。控制棒内的材料能强烈的 吸收中子,可以控制反应堆内链式裂变 反应的进行。

? 蒸汽发生器
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蒸汽发生器是核电站中仅次于压力容器 的重型设备。它的作用是把一回路水从 核反应堆中带出的热量传递给二回路水, 并使其变成蒸汽。 ? 蒸汽发生器内有几千跟薄壁传热管,呈 倒U形布置。一回路水在传热管内流动, 二回路水在管外流动。蒸汽在蒸汽发生 器的上部形成。

? 安全壳(反应堆厂房)
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安全壳是核电站的标志性建筑,核蒸汽 供应系统的所有设备均装载其内。安全 壳一般为带有半球形顶的圆柱体钢筋混 凝土建筑物,直径约40米,高约60米, 厚约1米,内衬6毫米厚的钢板以确保整 体的密封性。安全壳能承受地震、飓风、 飞机坠落等各种冲击,是核电站的保护 神,并确保核反应堆内的放射性物质不 逸入环境。

三、核电站有哪些优点?
? 核电是高效能源
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核能比煤炭燃烧的化学能要大的多,所 以核电站所消耗的核燃料比同样功率的 火电站所消耗的化石燃料要少得多。例 如,一座百万千瓦级的火电厂每年要消 耗约300万吨原煤,而一座同样功率的 核电站每年仅需补充约30吨核燃料, 后者仅为前者的十万分之一。

? 核电是清洁能源
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核电是当前世界上除水电外,惟一技术 成熟又可大规模提供电力的清洁能源。 与火电相比,核电不排放SO2 、粉尘、 氮氧化物,有利于环保,是一种清洁的 发电方式。建设核电替代煤电,是电力 工业减排SO2、烟尘、NOX 和CO2 总量 的措施之一。

? 振兴装备制造业
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通过核电建设把我们的高技术产业和装 备工业带上去,这是振兴装备制造业 (包括东北老工业基地的振兴)的一个 重要机遇。

? 促进高科技产业
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核电是和平利用核能的主要方面,是核 能寓军于民的重要产业。核电发展有利 于核技术水平开发利用的提高;有利于 保障国家安全;有利于保持一支稳定的 核科技队伍;有利于维护、保持和进一 步增强我国核燃料的工业体系。

四、核电站的安全保证
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? 核电站不会像原子弹那样发生爆炸?

虽然原子弹中的核燃料和核电站中的核 燃料都含有铀—235(或钚—239), 但它们的含量相差很大,前者高达 90%以上,后者仅为3%左右。这就好 比是高纯度白酒和低度啤酒一样,白酒 因酒精含量高而可以被点燃,而啤酒因 酒精含量低而永远不能被点燃。

如何防止放射性物质外泄?

? 纵深防御,确保核安全
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核电站的设计遵循“纵深防御、多重保 护和多样性”的原则。例如,重要的工 艺参数和设备尺寸都留有充分的欲度, 具有相当大的安全系数。关键的控制系 统和仪器仪表都同时有两套或者以上, 一旦一套发生事故,另一套立即自动投 入运行。

? 全面质量管理
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核电站从选址、设计、建造到调试、运 行和退役,每个阶段都有严密的质量保 证大纲,没一阶段的每项具体活动都有 专门的质量保证程序。核电站还实行内 部和外部的监察制度,监督检查质量保 证大纲与程序的实施情况及是否起到应 有的作用。核电站对工作人员的选聘、 培训、考核和任用也十分严格,并且实 行持证上岗制度。

? 核事故应急
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核事故应急是指核电站万一发生核泄漏 事故,为了工作人员及公众的安全和保 护环境,所采取一系列的应急措施和行 动。我国的核事故应急实行“常备不懈, 积极兼容,统一指挥,大力协同,保护 公众,保护环境”的二十四字方针,并 建立了三级(国家、省市、核设施)核 事故应急体系。每座核电站都制定有应 急响应计划,并定期进行演习。

? 核电站对人类的影响极小
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法律规定,对于居住在核电厂周边的居 民来说,平均剂量不得大于1毫希/ 人〃年,是天然本底剂量的40%。根 据实际测量结果来看,核电站对周围居 民造成的辐射剂量约为0.02毫希/ 人〃年,不到天然本底剂量的百分之一。

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人们从北京到欧洲乘坐飞机往返一次, 受到剂量为0.02毫希/次,水果、蔬菜、 粮食、空气对人产生的剂量约为0.25毫 希/人〃年,胸肺透视为0.2毫希/次, 土壤为0.45毫希/人〃年,砖房为0.75 毫希/人〃年。据统计,人类所受到的 辐射照射有75%来自自然界,20%来 自医疗诊断,只有0.25%来自核电,可 见核电对于人类辐射环境的影响微乎其 微。

五、核电在世界的发展
1939年发现了核裂变现象,第二次世界大 战后期,美国罗斯福总统为了赶在德国之前 造出原子弹,秘密进行了一项庞大的“曼哈 顿工程”,包括在芝加哥大学足球场西看台 下的一个网球室里建造一个反应堆。将石墨 块堆砌起来,用10吨金属铀和40吨氧化铀 做成的棒插在385吨石墨砖块中,形成 10X9X6米的庞然大物,插入10根控制棒, 于1942年12月2日实现了世界上第一次受控 自持链式反应。功率约为200瓦。

第一座核反应堆

上世纪40年代,美国科学家在哥伦比亚大学网球厅建造了 世界上第一座核反应堆,给人类利用核能敲开了大门。

第一座核电站

1954年6月26日前俄罗斯5兆瓦奥布宁斯克核电站并网发电

第一座商用核电站

1957/12/02电功率为60MW的Shippingport压水反应堆核电站 在美国宾西法尼亚州匹兹堡希平港并网发电

? 自从1951年美国实验快堆首次从核反应

堆发电点亮4个灯泡、1954年前苏联5兆 瓦轻水冷却石墨堆开始发电、1956年英国 石墨气冷堆成为世界上笫一座工业规模的 核电站以来,截止当前资料,世界上已经 有运行核电机组441座、在建核电机组61 座、已关闭核电机组125座,核发电已占 世界总发电的16%,世界上已经有近 12000堆年的核电运行经验,运行核电机组 的平均年令为“26岁”。

法国58台 俄罗斯32台 日本54台 韩国21台

美国104台

中国13台

截止2010.10.20

在建核电数量
截止2010.10.20

中国24台

法国75.17% 西欧30% 韩国34.79% 日本28.89% 美国20.17%

平均16%

中国 1.89%

六、中国核电发展概况
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自从我国首座自主设计建造的秦山核电站 于1991年12月15日实现首次并网发电以来, 目前我国大陆已有13台运行中的核电机组, 总装机容量1012万千瓦,在建核电机组24 台,总装机容量2487万千瓦。 我国核电发展已从起步阶段进入快速 发展阶段,从建设第二代核电站发展到建 设第三代核电站,从建设沿海核电站发展 到考虑建设内陆核电站。

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? 核电机组阶段划分
建设中核电机组
国际上通常把核岛基础浇筑第一罐混凝土开始,至 商业运行前的核电机组称为建设中核电机组。

运行中核电机组
商业运行后至退役前的核电机组为运行中核电机组。

核电项目前期
核岛基础浇筑第一罐混凝土之前的阶段称为核电项 目前期,纳入国家核电规划并取得国家发改委同意建 设批文(路条)的核电机组,可以开始项目前期工作, 称为拟建核电机组;正在争取立项的机组称为拟立项 核电机组

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《中共中央关于制定国民经济和社会发 展第十一个五年规划的建议》在“加强 基础产业基础设施建设”一节中,中央 明确指出要

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“积极发展核电”

“积极发展核电”是用科学发展观研究我国国情 得出的必然结果。 运行中核电机组13台 在建核电机组 24台

七、AP1000简介

2006年11月中共中央总书记胡锦涛同志主持中 共中央政治局常务委员会,听取我国三代核电技 术国际招标和“国家核电技术公司”组建的工作 汇报,做出从美国西屋公司引进AP1000核电技 术和合作建造4台AP1000核电机组以实现我国第 三代核电自主化的战略决策,要求在消化、吸收 引进技术的基础上自主创新,实现设计并建成具 有我国自主知识产权的“大型先进压水堆核电站” 科技重大专项目标,并批准成立国家核电技术公 司。

发展方针

第一步:外方为主,我 方全面参与。建成4台 AP1000自主化依托项目。 初步形成AP1000沿海厂 址标准设计。

AP1000 沿海、内陆 核电站 标准设计 AP1000 自主化 依托项目

第二步:我方为主,外 方支持。形成AP1000沿 海、内陆厂址的标准设 计。建成一批AP1000后 续项目。
第三步:全面自主创新。 形成CAP1400标准设计。 建成CAP1400重大专项 示范工程及进行规模化 建设。

AP1000特点
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在传统成熟的压水堆核电技术的基础上, 安全系统采用“非能动” 设计理念。 “非能动安全系统” 利用自然物理现 象-重力、自然循环(蒸发、冷凝和密度 差)以及气体蓄能驱动流体流动,带走 堆芯余热和安全壳的热量,不需要外部 能源。非能动设计理念已有实际应用, 技术是成熟的。 非能动设计理念的引 入,使核电站的设计发生了根本的变化。

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AP1000 安全系统采用非能动的理念, 安全系统配臵简化、安全支持系统减少、 安全级设备和抗震厂房减少、1E级应急 柴油机系统和很多能动设备被取消,以 及大宗材料需求明显降低。AP1000的 安全系统及其设备数量得到大量的减少。 由于安全设备的减少,就避免了这些设 备故障导致的事故,使安全性大大提高。

八、中国核电发展前景
中国核电发展的基础条件

已经具备“自主设计、自主制造、自主建 设、自主运营”的能力。
自主设计:30万、60万和百万千瓦级压水堆核电站 自主制造:年产6套百万千瓦机组核岛主设备 自主建设:四个厂址同时建设八台机组土建安装 自主运营:运行和技术服务体系

有一批满足2030年核电发展的厂址资源 包括沿海厂址和内陆厂址。 应充分利用内陆厂址资源,积极推 进内陆核电厂的建设。

有满足核电发展的核燃料供应能力 铀储量可满足近中期核电天然铀的消耗 量。 预测铀矿潜在资源较丰富。 已与国际主要产铀大国和铀业公司建立 长期 合作关系,开始天然铀储备工作。 采用快堆技术,提高天然铀利用率。

研究开发核废物最终处臵技术 中低放废物处理技术已成熟应用。 高放废物处臵技术已列入国家重大专 项技术,重点开发。

核电的经济性逐步体现其竞争优势 二代加核电站的发电成本可与煤电竞 争。 标准化、系列化、规模化建设的核电 站可 进一步降低造价,有竞争优势。

结束语
虽然日本核事故使得我国核电大发展放 慢了脚步,但从我国能源安全和自身发 展考虑,发展核电是有利的。 ? 日本核事故使我们更加清晰的认识到了 核安全的重要性,也使我们在今后的工 作中更加注重安全,保障人民群众和社 会环境免遭放射性的危害。
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