世界上一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，原子又是由原子核和它周圍的電子構(gòu)成的。輕原子核的融合和重原子核的分裂 都能放出能量，分別稱為核聚變能和核裂變能，簡稱核能或核電。

核電技術(shù)發(fā)展： 自1951年12月美國實(shí)驗(yàn)增殖堆1號（ebr-1）首次利用核能發(fā)電以來，世界核電至今已有60多年的發(fā)展歷史。

 

基本知識

 

什么是核能

這里提到的核能是指核裂變能。前面提到核電廠的燃料是鈾。鈾是一種重金屬元素，天然鈾由三種同位素組成：

鈾－235 含量0.71%

鈾－238 含量99.28%

鈾－234 含量0.0058%

核電

（鈾－235是自然界存在的易于發(fā)生裂變的唯一核素。）

當(dāng)一個(gè)中子轟擊鈾－235原子核時(shí)，這個(gè)原子核能分裂成兩個(gè)較輕的原子核，同時(shí)產(chǎn)生2到3個(gè)中子和射線，并放出能量。如果新產(chǎn)生的中子又打中另一個(gè)鈾－235原子核，能引起新的裂變。在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，能量會(huì)源源不斷地釋放出來。

鈾－235裂變放出多少能量呢？請記住一個(gè)數(shù)字，

即1千克鈾－235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒放出的能量。

核反應(yīng)堆原理

反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)就在其中進(jìn)行。反應(yīng)堆種類很多，核電站中使用最多的是壓水堆。

壓水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指頭大的燒結(jié)二氧化鈾芯塊，裝到鋯合金管中，將三百多根裝有芯塊的鋯合金管組裝在一起，成為燃料組件。大多數(shù)組件中都有一束控制棒，控制著鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的強(qiáng)度和反應(yīng)的開始與終止。

壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動(dòng)下流過燃料組件，吸收了核裂變產(chǎn)生的熱能以后流出反應(yīng)堆，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器， 在那里把熱量傳給二次側(cè)的水，使它們變成蒸汽送去發(fā)電， 而主冷卻劑本身的溫度就降低了。從蒸汽發(fā)生器出來的主 冷卻劑再由主泵送回反應(yīng)堆去加熱。冷卻劑的這一循環(huán)通道稱為一回路，一回路高壓由穩(wěn)壓器來維持和調(diào)節(jié)。

什么是核電站

火力發(fā)電站利用煤和石油發(fā)電，水力發(fā)電站利用水力發(fā)電，而核電站是利用原子核內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量產(chǎn)生電能的新型發(fā)電站核電站大體可分為兩部分：一部分是利用核能生產(chǎn)蒸 汽的核島、包括反應(yīng)堆裝置和一回路系統(tǒng)；另一部分是利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島，包括汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

核電站用的燃料是鈾。鈾是一種很重的金屬。用鈾制成的核燃料在一種叫“反應(yīng)堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量 熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)氣輪機(jī)帶著發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，電就源源不斷地產(chǎn)生出來，并通過電網(wǎng)送到四面八方。這就是最普通的壓水反應(yīng)堆核電站的工作原理。

什么是核電廠

電是電廠生產(chǎn)出來的。我們知道有燒煤或石油的火力發(fā)電廠，有靠水力發(fā)電的水電站，還有一些靠風(fēng)力、太陽能、 地?zé)帷⒊毕?、波浪能、沼氣生產(chǎn)電力的小型或?qū)嶒?yàn)性發(fā) 電裝置。核電廠就是一種靠原子核內(nèi)蘊(yùn)藏的能量，大規(guī)模生產(chǎn)電力的新型發(fā)電廠。

核廢料和熱污染是兩大難題

目前，大部分處理手段是將核廢料進(jìn)行固化后，暫存在核電廠內(nèi)的廢物庫中，經(jīng)過5～10年后運(yùn)往國家規(guī)劃的放射性廢物庫貯存或處理。但到現(xiàn)在為止，還沒有一個(gè)國家能夠找到安全、永久處理高放射性核廢料的辦法。但核廢料無法處理僅僅意味著無法在短時(shí)間內(nèi)消滅，其本身在儲(chǔ)存過程中的安全性還是有保障的?！　　　『穗娬镜牧硪粋€(gè)問題是熱污染。受制于常規(guī)島內(nèi)的用于發(fā)電的現(xiàn)有蒸汽汽輪機(jī)熱效率較低，因而其比一般化石燃料電廠會(huì)排放更多廢熱到周圍環(huán)境中，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重。

什么是反應(yīng)堆

核反應(yīng)堆是一個(gè)能維持和控制核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而實(shí)現(xiàn)核能-熱能轉(zhuǎn)換的裝置。

核電廠用的壓水反應(yīng)堆有一個(gè)厚厚的鋼質(zhì)賀筒形外殼，腰部 有幾個(gè)進(jìn)水口和出水口，稱為壓力容器，900兆瓦的壓水堆， 其壓力容器高12米，直徑3.9米，壁厚約0.2米。

壓力容器是堆芯，堆芯由燃料組件和控制棒組件等組成。水在它們的間隙中流過。水在此起兩個(gè)作用，一是降低中子的速度使之易于被鈾－235核吸收，二是帶出熱量。900兆瓦 的壓水堆 一般裝有157個(gè)燃料組件，約含80噸二氧化鈾。

壓力容器頂裝有控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過改變控制棒的位置來 實(shí)現(xiàn)開堆、停堆（包括緊急停堆）和調(diào)節(jié)功率的大小。

核事故

一般來說，在核設(shè)施（例如核電廠）內(nèi)發(fā)生了意外情況，造 成放射性物質(zhì)外泄，致使工作人員和公眾受超過或相當(dāng)于規(guī) 定限值的照射，則稱為核事故。顯然，核事故的嚴(yán)重程度可以有一個(gè)很大的范圍，為了有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識標(biāo)準(zhǔn)，國際上 把核設(shè)施內(nèi)發(fā)生的有安全意義的事件分為七個(gè)等級。

由表可以看出，只有4－7級才稱為“事故”。5級以上的事 故需要實(shí)施場外應(yīng)急計(jì)劃，這種事故世界上共發(fā)生過四次， 即蘇聯(lián)切爾諾貝利事故、英國溫茨凱爾事故，美國三里島事故和日本福島核電站事故。

　　1986年4月26日，前蘇聯(lián)建切爾諾貝利核電站第四號反應(yīng)堆大起火，并發(fā)生化學(xué)爆炸（并非核爆炸）。爆炸釋放量相當(dāng)于堆內(nèi)約3%～4%的核燃料。事故當(dāng)時(shí)有2人被炸死，1人死于心臟病，救火中有29人受輻射損傷，其中28人因患急性放射性病致死。事故后周圍30公里范圍內(nèi)撤離了21萬居民。 　　　　事實(shí)上，這是一次嚴(yán)重的人為責(zé)任事故，當(dāng)時(shí)研究人員在做一次安全實(shí)驗(yàn)，切斷了反應(yīng)堆所有的安全措施，卻又啟動(dòng)了反應(yīng)堆，這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案嚴(yán)重違反了安全規(guī)程，這是事故的人為原因。事故的技術(shù)原因是前蘇聯(lián)開發(fā)的這種石墨水冷堆具有較大的缺陷，它有一段正溫度系數(shù)的正反饋工作區(qū)，這在反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)上是不能允許的，另外，切爾諾貝利核電站沒有絕大多數(shù)核電站具有的安全殼。

　　　　1979年3月38日清晨，美國建在賓夕法尼亞洲哈里斯堡東南16公里的三哩島核電站，第二號反應(yīng)堆發(fā)生了一起嚴(yán)重的失水事故，反應(yīng)堆的堆芯部分熔化，大部分燃料元件損壞或熔化，放射性裂變產(chǎn)物泄漏到安全殼內(nèi)，但并未外泄，對環(huán)境造成了輕微影響。由于事發(fā)地為美國，這次事故引起了極為強(qiáng)烈的反響，但其本身危害并不大，核電站內(nèi)的118名職工無一傷亡，只有三人受到略高于季度允許劑量的照射，其余都在職業(yè)控制劑量以內(nèi)。外泄的放射性物質(zhì)也更少，方圓80公里的200萬居民中，平均每人所受的放射性劑量還不如帶一年夜光表或看一年彩電所受的劑量。三哩島核事故是迄今壓水堆核電廠發(fā)生的最嚴(yán)重的事故。

廠房描述

反應(yīng)堆廠房：包括內(nèi)外安全殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及堆芯熔融物捕捉器。反應(yīng)堆廠房是雙層圓筒形結(jié)構(gòu)，該建筑包容并支撐與一回路相關(guān)的主要設(shè)施（包括壓力容器和主冷卻回路，包括主泵，蒸發(fā)器和穩(wěn)壓器）。反應(yīng)堆換料腔和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。輔助設(shè)備。廠房的主要功能是防止外部事件對內(nèi)部反應(yīng)的影響，確保不發(fā)生泄漏。包括一回路發(fā)生事故失水，使廠房內(nèi)壓力和溫度升高。

1． 安全殼：安全殼是雙層墻體結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)墻體由預(yù)應(yīng)力混凝土筒體和混凝土穹頂構(gòu)成，內(nèi)面襯以鋼襯里，保證密封。外安全殼抵抗外部沖擊。1.8米寬的環(huán)形區(qū)域?qū)?nèi)外安全殼隔離，該區(qū)域處于負(fù)壓狀態(tài)，收集發(fā)生泄漏事故后泄漏物的收集，保證泄漏物在排入大氣前被過濾，雙層安全殼是考慮在嚴(yán)重事故對環(huán)境的有效保護(hù)。

2、 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：主要功能是提供反應(yīng)堆壓力容器的支撐和附屬設(shè)備的支撐；人員及設(shè)備的生物防護(hù)；防止管道的甩擊和飛射物對安全殼、各回路以及安全系統(tǒng)的影響。

3、 結(jié)構(gòu)描述：內(nèi)部結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)包括一次屏蔽墻，二次屏蔽墻，反應(yīng)堆換料腔；樓板和墻體。

4、 堆芯熔融物捕捉器：位于堆芯cvcs和vds系統(tǒng)下部分為三部分，由堆坑下部、堆芯熔融物擴(kuò)展通道和擴(kuò)張區(qū)域組成。表面覆蓋細(xì)石混凝土。底部有循環(huán)水系統(tǒng)，用以事故狀態(tài)下對熔融物降溫，水來自換料儲(chǔ)水箱。

5、 安全廠房：安全廠房1&4分為9層，分別布置在安全殼兩側(cè)；廠房2&3分為8層，布置在一起，采用雙層墻體。外墻與廠房各樓層分開，通向廠房的門應(yīng)有門禁系統(tǒng)。

6、 燃料廠房：位于反應(yīng)堆廠房和安全廠房2、3相對的位置，與反應(yīng)堆廠房和安全廠房位于一個(gè)筏基礎(chǔ)之上。9層（0.00-19.5m區(qū)域）。西側(cè)為乏燃料水池及相關(guān)設(shè)施。東側(cè)為事故廢氣過濾機(jī)組。采用雙層墻，門應(yīng)有門禁系統(tǒng)。

7、核輔助廠房：核輔助廠房內(nèi)設(shè)置與電廠運(yùn)行必需的與安全無關(guān)的輔助系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置有部分維修區(qū)域。是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)與廠房的筏基礎(chǔ)是分離的，放射性設(shè)備周圍設(shè)置屏蔽結(jié)構(gòu)以及有系統(tǒng)的隔離。提供充分的生物隔離。

8、 進(jìn)出廠房：基礎(chǔ)廠房內(nèi)設(shè)有為保障人員安全進(jìn)出核島所必需的設(shè)備和設(shè)施。進(jìn)出廠房的基礎(chǔ)和核島的基礎(chǔ)臨近，設(shè)置沉降縫，允許相對的位移。

9、 放射性廢棄物廠房：分為放射性廢棄物廠房(hqb)和放射性廢棄物儲(chǔ)存廠房（hqs），其可收集、儲(chǔ)存、處理液體和固體放射性廢棄物。為兩個(gè)機(jī)組公用，它同1號機(jī)組的核輔助廠房建筑直接連接，用來儲(chǔ)存、運(yùn)輸樹脂類廢棄物以及收集、臨時(shí)儲(chǔ)存、運(yùn)送廢液。在放射性廢棄物廠房和2號機(jī)輔助廠房附屬建筑（2hqs）之間連接一條熱管，用來輸送2號機(jī)的廢液。7）、 應(yīng)急柴油機(jī)房：（hd）是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其鋼筋混凝土筏基及地下部分及外墻使用瀝青絕緣材料來防水的。用來放置柴油燃料儲(chǔ)存罐、柴油燃料槽房間的樓板、墻體及天花板表面是摻合了憎油材料的水泥砂漿抹面的。

10、 安全廠用水泵房：為混凝土結(jié)構(gòu)，其鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配合比及工藝應(yīng)具備足夠的耐久性以保證結(jié)構(gòu)主體能防止地下水和海水的侵蝕，所有與水接觸的混凝土表面應(yīng)使用精細(xì)模板，其他地方可以使用粗制模板。