反应堆结构与材料重点

1反应堆分类：按中子能量分：快中子堆中能中子堆慢中子堆按形势分：非均匀堆均匀堆 按燃料分：钍堆浓缩铀堆天然铀堆按冷却剂慢化剂分：熔盐堆有机堆沸水堆（轻水堆）压水堆重水堆石墨气冷堆石墨冷水堆 按用途分：研究堆生产堆动力堆生产动力堆2压水堆的组成：压水堆主要由核反应堆，一回路系统，二回路系统，其他辅助系统组成PWR堆堆芯设计要求:堆芯功率分布应尽量均匀，以便使堆芯有最大的功率输出；尽量减小堆芯内不必要的中子吸收材料，以提高中子经济性；有最佳的冷却剂流量分配和最小的流量阻力；有较长的堆芯寿命，以适当减少换料操作次数；堆芯结构紧凑，换料操作简单便。1，2回路厂房中设备系统一回路厂房也就是反应堆安全壳，为一个立式圆柱状半球型顶盖或球型建筑物内径约30-40米，高约为60-70米，内有反应堆，主循环泵，稳压器，汽发生器和相应的管道阀门以及其他辅助设备组成的一回路系统。二回路厂房与普通火电厂的汽轮机发电机组厂房相似，内有汽轮机发电机，凝汽器，凝结水泵，低压回水加热器，高压回水加热器，除氧器，给水泵，汽水分离再热器，主蒸汽管道有关的辅助设备组成的二5压水堆本体结构：堆芯，压力容器，堆内构件，堆芯组件和控制棒驱动机构组成6PWR堆芯结构：核燃料组件，控制棒组件，固体可燃毒物，固体中子源和阻力塞组件等。7可燃毒物组件的结构和作用：只用于第一燃料循环的全新堆芯，用于控制堆芯的初始反应性，功能是降低冷却剂水中的硼浓度，保持慢化剂负温度系数，可燃毒物棒为装在304型不锈钢包壳管内的一根硼玻璃管（B2O3+SiO2）硼玻璃管在内径全长还用薄壁304型不锈钢管状内衬支撑，包壳管两端堵塞并施密封焊，内外包壳之间留有足够气隙空间，以容纳放出的氦气，限制其内压小于反应堆运行压力，将可燃毒物棒固定在压紧组件上就构成可燃毒物组件8压力容器原材原则：材料具备高度的完整性；具有适当的强度足够的韧性；导热性能好；便于加工制造，成本低廉；具有低的辐照敏感性9压力容器本体结构：上法兰，密封台肩，一节接管段，二节堆芯包容环段，一节过渡段，一只半球形下封头组成组成。10反应堆容器顶盖结构：由顶盖法兰和顶盖本体焊接而成，顶盖本体为板材热锻成型，上面焊有3只吊耳，一根排气管，一块金属支撑板，控制棒驱动机构管座，热电偶管座11压力容器失效形成:延性断裂：机械应力超过材料的屈服应力，承载段就开始塑性变形而后断裂；；；脆性断裂：压力容器加工过程会产生微裂纹和材质不均匀性，承载后裂纹端部应力增大并可能导致裂纹扩展，在适当条件下，裂纹会无限扩展形成断裂12堆内结构的定义结构功能：堆内构件是指装在反应堆容器内，除了以下结构之外的所有其他构件：燃料组件，棒束控制组件，及其传动轴，可燃毒物组件，中子源组件，阻力塞组件和堆内测量仪表。由下部支撑结构（包括热中子屏蔽），堆芯上部支撑结构（包括控制棒束导向管）和压紧弹簧组成。；；；；；；；；；；；；主要功能：为冷却剂提供流道；为压内容器提供屏蔽，使其免受或少受堆芯中子辐射影响；为燃料组件提供支撑和压紧；固定监督用的辐照样品；为棒束控制棒组件和传动轴以及上下堆内测量装置提供堆内向导；平衡机械载荷和水力载荷；确保堆容器顶盖内的冷却水循环，以便顶盖保持一定温度13下部支撑结构的组成：堆芯吊篮组件（含堆芯支撑板）热中子屏蔽；流量分配孔板；堆芯下栅格板；堆芯围板组件；堆芯二次支撑和测量通道。14热屏蔽的原因方法改进：在辐照最大区域加强中子辐照防护，热屏蔽由4块不锈钢板组成不连续的圆筒形，在反应堆中心铀的4个象限位置上（0°90°180°270°）用螺钉连接在堆芯吊篮外壁上，热屏还支撑辐照样品监督管。15上部支撑结构的作用和组成作用：将堆芯组件定位、压紧、防止因冷却剂流动的水力作用使堆芯组件上移；组成控制棒驱动线的重要构件，保证控制棒对中，起导向作用，使控制棒

在堆芯内平缓的上插下插执行控制任务；堆芯冷却剂出口温度测量装置支撑16核燃料组件结构：核燃料组件由燃料棒，导向管，定位格架和上下管座组成，燃料棒呈17X17正方形排列，导向管和八层格架与上下管座相连，组成基本的燃料组件的结构骨架，燃料棒被支撑并夹紧在这个骨架内，棒的间距全长不变，每个组件有289个栅元，设有24根导向管和1根堆内通量测量管。17燃料芯块结构特点：燃料芯块由低富集度的二氧化铀粉末经冷压、烧结成所要求密度的块，经滚磨成一定尺寸的正圆柱体，端面呈碟形加倒角的形状，芯块内部存在细孔。18芯块密度差：高密度有利于导热，使芯块温度下降，但为了减小肿胀需要气孔，低密读也有利，一般取芯块密度为理论密度的92〜95%19上下管座的作用：上管座：一个箱式结构，燃料组件的上部结构，并构成一个水腔，加热了的冷却剂由上管座流向栅格板的流水孔，构成燃料组件相关部件的保护罩下管座：正方形箱式结构，组建的底部构件，对流入组件的冷却剂流量起分配作用20控制棒组件的材料：黑棒：银铟-镉合金，重量比80%15%5%，这种合金做成挤压成型的芯块，封装在不锈钢包壳内，两端有端塞；；；灰棒：材料为不锈钢，结构形式与黑棒相似；黑棒束：24根银-铟-镉合金棒；灰棒束：8根银-铟-镉合金棒16根不锈钢棒21控制棒驱动机构组成：线圈盒，电磁线圈，承压罩套，棘齿装置，棒位指导部件22中子源组件的功能分类：功能：提高堆内中子通量水平，增加仪表测量精度，为堆的安全启动提供可靠依据；启堆时“点火”作用。；；；分类：初级中子源组件；次级中子源组件。23控制棒驱动机构提升过程：（下降）下降：夹持线圈通电，传动轴由夹持销爪支撑——提升线圈通电,传递销爪松开情况下，提升磁铁吸引传递磁铁带动传递销爪上升一步，传动轴不动一一传递线圈通电，传递销转抓住传动轴一一夹持线圈断电，夹持销爪松开——提升线圈断电，传递磁铁落下，传递销爪带动传动轴插入堆芯一步一一夹持线圈通电，夹持销爪与传递销爪同时抓住传动轴24沸水堆结构特点（与PWR相比）：压力壳厚度薄，压力壳尺寸比压水堆大：系统简单，回路设备少看，布置紧凑，管道阀门等设备承压低，易加工制造；采用堆内再循环系统，减少了反应堆压力壳开孔接管，管径小；电站运行灵活，功率变化速度快；燃料比功率小，同样功率条件下核燃料装置大；沸水堆蒸汽中含有一定放射性，使汽轮机放射性污染；燃料元件比压水堆粗，元件棒间间隙大，堆芯直径比压水堆大；控制元件有十字行截面，控制元件叶片在燃料组件间隙中涌动，控制元件从底部插入。25沸水堆控制棒的结构特点:沸水堆控制元件有十字形截面，其4个叶片内排列着许多内装碳化硼的不锈钢立管，控制元件的叶片在燃料组件之间的空隙终于懂，一般是控制元件对饮4个燃料组件，从底部插入。Candu的分类与结构特点：分类：压力管式和压力壳式；；；；；结构：反应堆本体时一个大型水平放置的圆筒形排管容器，内有重水慢化剂，容器内贯穿多根水平管道，成为燃料管道，其中有燃料棒束和重水冷却剂，带出热量，经过蒸汽发生器，产生蒸汽做功，蒸汽发生器和冷却剂泵安装在反应堆两端，两端还设有端屏蔽使用天然轻水冷却和慢CANDU PWR重水冷却和慢化压力壳式冷却剂和慢化剂为同一介质不停堆换料反应堆使用化容控制CANDU与PWR堆芯设计差别：使用天然轻水冷却和慢CANDU PWR重水冷却和慢化压力壳式冷却剂和慢化剂为同一介质不停堆换料反应堆使用化容控制铀 使用浓缩铀化 压力管式小儿简停堆换料小儿简停堆换料单的燃料棒束 大燃料组件反应堆不用化容控制29反应堆内辐照来源：a，p粒子（来自放射性衰变），Y射线，中子和裂变碎片30丫射线与物质作用原理：Y射线通过物质是会引起便利或电子激发，它扰动物质中原子和电子，电离作用使化合物的化学键破坏而分解成单体，共价键抗分解能力差，离子键比共价键强得多，金属键最稳定。31中子辐照损失原理：中子不带电，当它进入物质时和晶格中的原子发生碰撞，如果他传递乡合原子的能量足够大，将造成原子位移形成空穴，一次受碰撞的原子会通过碰撞引起另一个原子位移，并将此过程延续下去，直至没有足够能量再把其他原子从点阵中逐出为止，辐射作用产生的间隙原子以及点阵中相应留下的空穴，会对晶体造成永久缺陷，引起材料物理性质永久变化，这种效应叫辐照损失。32什么是核燃料：在反应堆中使用的裂变物质及可转换物质成为核燃料33核燃料的基本要求：热导率高；抗辐照能力强，以达到高燃耗；燃料的化学稳定性好，对冷却剂有抗腐蚀性；熔点高，且低于熔点时不发生有害变化；机械性能好易于加工。34慢化剂设计要求，常用类型：设计要求：吸收中子吸收截面小，质量数低，散射截面大；热稳定性好，辐照稳定性好；传热性能好；密度高；低廉易的。如是固体慢化剂，还要结构强度高，抗腐蚀性能好，易于加工，对于液体慢化剂要不腐蚀结构材料，熔点在室温以下，高温时有低的蒸汽压。常用的固体慢化剂：石墨，镀，氧化镀；液体慢化剂：普通水和重水35冷却剂的功用，性能要求：带出裂变放出的大量热，保证反应堆连续安全运行，并且利用这些热量对汽轮机作功；；；；；；要求：中子吸收和感生放射性小；高沸点低熔点；高的比热，输出功率低；热导率大；有良好的热和辐照稳定性；和其他材料相容性好；价格便宜。36结构材料分类：分为燃料包壳材料，堆芯结构材料，反应堆容器材料和热屏材料37比较几种包壳材料特点