Erstes Semester-Part1-V1

先进核能系统,新生研讨课上海交通大学核科学与工程学院程旭，杨燕华2006年10月,课程内容,导论核能利用原理先进核电系统与安全先进核燃料循环放射性防护与核技术应用其它先进核能系统核反应堆设计练习,第一章:能源（核能）的重要性,促进核能发展的因素,能源发展的需求,促进核能发展的因素,能源发展的需求资源可持续性,促进核能发展的因素,能源发展的需求资源可持续性环境保护,我国排入大气中90的SO2、70的烟尘、85的CO2来自于燃煤,世界上50污染气体是二氧化碳，其中80来自于化石燃料的燃烧；中国二氧化碳排放量是世界亚军，占全球总量13中国90能源来自于煤（70）和石油（20）中国二氧化硫排放量是世界冠军，90二氧化硫来自于燃煤，其中50来自于火力电站,促进核能发展的因素,能源发展的需求资源可持续性环境保护能源供应的稳定性、独立性、经济性,美国发电价格，单位美分/度电,促进核能发展的因素,能源发展的需求资源可持续性环境保护能源供应的稳定性、独立性、经济性带动高新技术、国家工业基础、国防力量发展,当前世界的能源结构,电力,总能源,世界核电的现状,全球约440座核电站，装机容量约400GWe,法国:59俄罗斯:39英国:23德国:17乌克兰:10瑞典:10西班牙:9比利时:7捷克:6斯洛伐克:6瑞士:5芬兰:4匈牙利:4保加利亚:4,世界核电的现状,全球核电站占发电比例约16,立陶宛:81%法国:78%比利时:56%斯洛伐克:56%乌克兰:48%瑞典:47%保加利亚:44%匈牙利:37%芬兰:33%瑞士:32%捷克:31%德国:26%英国:20%西班牙:20%俄罗斯:16%,世界核电发展的前景,核电在亚洲的迅速发展核电在欧美的“复兴”,中国大陆的核电基地分布,田湾,2000MWe,秦山,3000MWe,大亚湾,3800MWe,北京,3个已建成的核电基地2个新批准的核电基地3个候选的基地,阳江,21000MWe,三门,21000MWe,海阳,温驼子,上海,计划到2020的核电容量:40000MW,计划中,正在/即将建造中,运行中的核电:8200MW,惠安,7GW/年,积极发展核电,可持续发展的需求,现有世界平均水平,第四代,第三代,第二代,我国的核电发展前景(大陆部分),我国对核电人才的需求,核电站,核电站厂房,安全壳厂房,汽轮发电机厂房,一回路辅助厂房,核电厂中的能量转换与转递,核能,核电厂中的能量转换与转递,fuelassembly,反应堆堆芯,fuelrod,coolant,燃料组件,燃料棒,fuel,cladding,压水堆的简图,第二章:核能的利用原理,能量的产生过程,原子的结构,原子的结构,能量与质量,k:Boltzmann常数,粒子能量,质量与能量,放射性原理,如果某种核素是稳定的，它的核内中子数与质子数的比例必须在某一狭窄范围之内。当某种原子核内中子数与质子数的比例超出与质量数相应的稳定界限以外时，这种核就具有放射性。不稳定的核向着更稳定的方向自发变化。,主要衰变射线,Karlsruhe核子图,射线穿过物资的能力,放射性的衰变过程,放射性强度,1Bq=1衰变/s1Ci=1gRadium的衰变强度=3.71010衰变/s,放射性衰变定律,衰变链,衰变链,衰变热量,核反应释能原理,结合能的组成部分,结合能由5部分组成:Bethe-Weiscker公式,1与粒子数成正比的部分,2表面部分结合较弱,3库仑排斥力减弱了结合能,4非对称的质子，中子结构减少了结合能,5中子或质子的对子结合增加了结合能,单位核子的结合能：EB/A,核反应释能原理,聚变能的释放,裂变能的释放,原子质量:,质量亏损:,释放能量:,U-235裂变能的释放,比较,6.0231023核/mol,235g/mol,200MeV/核裂变,25.631023核/kg,51.261025MeV/kg22,800,000kWhth/kgU-235,1kg煤8kWhth,1kg石油11kWhth,1m3天然气10kWhth,1:2,900,000,1:2,000,000,1:2,300,000,裂变反应的前提,Ekrit=裂变阈能,裂变反应的前提,裂变反应的前提中子动能+中子结合能裂变阈能,例子,中子核反应的种类,中子核反应的种类,弹性散射反应,弹性散射,E0,E,X,Y,中子核反应的截面,在dx的厚度，单位面积的核数Ndx,每个核所管辖的面积,所有核数所管辖的面积比Ndx,一个中子通过dx时发生核反应的概率Ndx,中子束穿过厚度dx的强度变化,中子核反应的截面,:中子核反应的(微观)截面,:中子核反应的(宏观)截面,中子穿越单位厚度所发生核反应平均次数,单位barn,单位1/cm,裂变反应截面,裂变反应的特征,中子能量，MeV,裂变反应的特征,核装置中的中子平衡原理,假设:单能中子,无限均匀物质,中子通量，单位时间，单位面积上通过的中子数,反应率，单位时间，单位体积内的中子核反应数,核装置中的中子平衡原理,裂变的链式反应,核爆炸,核反应堆,慢中子反应堆中的中子平衡,快中子裂变,100(1-f)慢中子被其它材料吸收,100ff/a(1-p)慢化过程中消失,100慢中子,100f慢中子被燃料吸收,100ff/a慢中子导致裂变,100ff/a快裂变中子,100ff/a