核电站原理以及泄露安全措施

核电站原理以及泄露安全措施核电站原理以及泄露安全措施 核电站是怎样发电的呢 简而言之 它是以核反应堆来代 替火电站的锅炉 以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的 燃烧 产生热量 来加热水使之变成蒸汽 蒸汽通过管路进入汽轮机 推动汽轮发电机发电 一般说来 核电站的汽轮发电机及电器 设备与普通火电站大同小异 其奥妙主要在于核反应堆 核电站除了关键设备 核反应堆外 还有许多与之配合的 重要设备 以压水堆核电站为例 它们是主泵 稳压器 蒸汽 发生器 安全壳 汽轮发电机和危急冷却系统等 它们在核电 站中有各自的特殊功能 主泵 如果把反应堆中的冷却剂比做人体血液的话 那主 泵则是心脏 它的功用是把冷却剂送进堆内 然后流过蒸汽发 生器 以保证裂变反应产生的热量及时传递出来 稳压器 又称压力平衡器 是用来控制反应堆系统压力变 化的设备 在正常运行时 起保持压力的作用 在发生事故时 提供超压保护 稳压器里设有加热器和喷淋系统 当反应堆里 压力过高时 喷洒冷水降压 当堆内压力太低时 加热器自动 通电加热使水蒸发以增加压力 蒸汽发生器 它的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传 给二次回路水 并使之变成蒸汽 再通入汽轮发电机的汽缸作 功 安全壳 用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去 以保护公众免遭放射性物质的伤害 万一发生罕见的反应堆一 回路水外逸的失水事故时 安全壳是防止裂变产物释放到周围 的最后一道屏障 安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁 容器 汽轮机 核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用 的大同小异 所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低 所以同 等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大 危急冷却系统 为了应付核电站一回路主管道破裂的极端 失水事故的发生 近代核电站都设有危急冷却系统 它是由注 射系统和安全壳喷淋系统组成 一旦接到极端失水事故的信号 后 安全注射系统向反应堆内注射高压含硼水 喷淋系统向安 全壳喷水和化学药剂 便可缓解事故后果 限制事故蔓延 注 核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化 只有一些 质量非常大的原子核像铀 y u 钍 t 等才能发生核裂变 这些 原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量 较小的原子核 同时放出二个到三个中子和很大的能量 又能 使别的原子核接着发生核裂变 使过程持续进行下去 这种 过程称作链式反应 原子核在发生核裂变时 释放出巨大的能 量称为原子核能 俗称原子能 1 克铀 235 完全发生核裂变后 放出的能量相当于燃烧 2 5 吨煤所产生的能量 30 什么是核电站 核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来 发电或发电兼供热的动力设施 反应堆是核电站的关键设备 链式裂变反应就在其中进行 目前世界上核电站常用的反应堆 有压水堆 沸水堆 重水堆和改进型气冷堆以及快堆等 但用 的最广泛的是压水反应堆 压水反应堆是以普通水作冷却剂和 慢化剂 它是从军用堆基础上发展起来的最成熟 最成功的动 力堆堆型 31 核电站工作原理 核电厂用的燃料是铀 用铀制成的核燃料在 反应堆 的设 备内发生裂变而产生大量热能 再用处于高压力下的水把热能 带出 在蒸汽发生器内产生蒸汽 蒸汽推动汽轮机带着发电机 一起旋转 电就源源不断地产生出来 并通过电网送到四面八 方 32 压水堆核电站 以压水堆为热源的核电站 它主要由核岛和常规岛组成 压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发生器 稳压器 主泵 和堆芯 在核岛中的系统设备主要有压水堆本体 一回路系统 以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅 助系统 常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统 其形式与常 规火电厂类似 33 沸水堆核电站 以沸水堆为热源的核电站 沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂 和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆 沸水堆与压水堆同属轻水堆 都具有结构紧凑 安全可靠 建 造费用低和负荷跟随能力强等优点 它们都需使用低富集铀作 燃料 沸水堆核电站系统有 主系统 包括反应堆 蒸汽给水 系统 反应堆辅助系统等 34 重水堆核电站 以重水堆为热源的核电站 重水堆是以重水作慢化剂的反 应堆 可以直接利用天然铀作为核燃料 重水堆可用轻水或重 水作冷却剂 重水堆分压力容器式和压力管式两类 重水堆核 电站是发展较早的核电站 有各种类别 但已实现工业规模推 广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站 35 快堆核电站 由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能 的核电站 快堆在运行中既消耗裂变材料 又生产新裂变材料 而且所产可多于所耗 能实现核裂变材料的增殖 目前 世界 上已商业运行的核电站堆型 如压水堆 沸水堆 重水堆 石 墨气冷堆等都是非增殖堆型 主要利用核裂变燃料 即使再利 用转换出来的钚 239 等易裂变材料 它对铀资源的利用率也只 有 1 2 但在快堆中 铀 238 原则上都能转换成钚 239 而 得以使用 但考虑到各种损耗 快堆可将铀资源的利用率提高 到 60 70 36 世界上目前建造核电站情况 核电自 50 年代中期问世以来 目前已取得长足的发展 到 2007 年中期 世界上共有 439 座发电用核反应堆在运行 正 在建造的发电反应堆有 30 座 目前世界上有 30 多个国家和地 区有核电厂发电 核发电量占世界总发电量的 17 其中有十 几个国国家和地区核电发电量超过各种的总发电量的四分之一 有的国家超过 70 我国目前已经投运的核电机组有 11 台 总装机容量 910 万千瓦 2008 年 核电占全国电力装机总容量 的 1 3 核电年发电量 683 94 亿千瓦小时 占全国总发电量 的 2 左右 37 核电站在设计上所采取的安全措施 为了确保压水反应堆核电厂的安全 从设计上采取了所能 想到的最严密的纵深防御措施 四重屏障 为防止放射性物质外逸设置了四道屏障 裂变产生的放射性物质 90 滞留于燃料芯块中 密封的燃料包壳 坚固的压力容器和密闭的回路系统 能承受内压的安全壳 多重保护 在出现可能危及设备和人身的情况时 进行正常停堆 因任何原因未能正常停堆时 控制棒自动落入堆内 实行 自动紧急停堆 如任何原因 控制棒未能插入 高浓度硼酸水自动喷入堆 内 实现自动紧急停堆 38 核电厂在管理方面采取的安全措施 核电厂有着严密的质量保证体系 对选址 设计 建造 调试和运行等各个阶段的每一项具体活动都有单项的质量保证 大纲 另外 还实行内部和外部监查制度 监督检查质量保证大 纲的实施情况和是否起到应有的作用 另外对参加核电厂工作 的人员的选择 培训 考核和任命有着严格的规定 领取操纵 员执照 然后才能上岗 还要进行定期考核 不合格者将被取 消上岗资格 39 核电厂发生自然灾害时 它能安全停闭 在核电厂设计中 始终把安全放在第一位 在设计上考虑 了当地可能出现的最严重的地震 海啸 热带风暴 洪水等自 然灾害 即使发生了最严重的自然灾害 反应堆也能安全停闭 不 会对当地居民和自然环境造成危害 在核电厂设计中甚至还考虑了厂区附近的堤坝坍塌 飞机 附毁 交通事故和化工厂事故之类的事件 例如一架喷气式飞 机在厂区上空坠毁 而且碰巧落到反应堆建筑物上 设计要求 这时反应堆还是安全的 40 核电站的纵深防御措施 核电站的设计 建造和运行 采用了纵深防御的原则 从 设备上和措施上提供多层次的重叠保护 确保放射性物质能有 效地包容起来不发生泄漏 纵深防御包括以下五道防线 第一道防线 精心设计 精心施工 确保核电站的设备精 良 有严格的质量保证系统 建立周密的程序 严格的制度和 必要的监督 加强对核电站工作人员的教育和培训 使人人关 心安全 人人注意安全 防止发生故障 第二道防线 加强运行管理和监督 及时正确处理不正常 情况 排除故障 第三道防线 设计提供的多层次的安全系统和保护系统 防止设备故障和人为差错酿成事故 第四道防线 启用核电站安全系统 加强事故中的电站管 理 防止事故扩大 第五道防线 厂内外应急响应计划 努力减轻事故对居民 的影响 有了以上互相依赖相互支持的各道防线 核电站是非常安 全的 41 核电站废物严格遵照国家标准 对人民生活不会产生 有害影响 核电厂的三废治理设施与主体工程同时设计 同时施工 同时投产 其原则是尽量回收 把排放量减至最小 核电厂的 固体废物完全不向环境排放 放射性液体废物转化为固体也不 排放 像工作人员淋浴水 洗涤水之类的低放射性废水经过处 理 检测合格后排放 气体废物经过滞留衰变和吸附 过滤后 向高空排放 核电厂废物排放严格遵照国家标准 而实际排放 的放射性物质的量远低于标准规定的允许值 所以 核电厂不 会对给人生活和工农业生产带来有害的影响 42 核电站是利用原子核裂变所释放的的能量产