1、子堆最常用的冷却剂是轻水（普通水）、重水、二氧 化碳和氦气。 核电站的内部它通常由一回路系统和二回路系统组成。反应堆是核电站的核心。反应堆工 作时放出的热能，由一回路系统的冷却剂带出，用以 产生蒸汽。因此，整个一回路系统被称为核供汽系统”, 它相当于火电厂的锅炉系统。为了确保安全，整个一 回路系统装在一个被称为安全壳的密闭厂房内，这样， 无论在正常运行或发生事故时都不会影响安全。由蒸 汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统，与火电 厂的汽轮发电机系统基本相同。 轻水堆 压水堆电站 自从核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主 要有以下三种：轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它们 相应地被用到三种不同的
2、核电站中，形成了现代核发 电的主体。 目前，热中子堆中的大多数是用轻水慢 化和冷却的所谓轻水堆。轻水堆又分为压水堆和沸水 堆。 压水堆核电站压水堆核电站的一回路系统与二回路系统完全隔开，它是一个密闭的循环系统。该 核电站的原理流程为：主泵将高压冷却剂送入反应堆， 一般冷却剂保持在120160个大气压。在高压情况 下，冷却剂的温度即使300 C多也不会汽化。冷却剂 把核燃料放出的热能带出反应堆，并进入蒸汽发生器， 通过数以千计的传热管，把热量传给管外的二回路水，使水沸腾产生蒸汽；冷却剂流经蒸汽发生器后，再由 主泵送入反应堆，这样来回循环，不断地把反应堆中 的热量带出并转换产生蒸汽。从蒸汽发生器出
3、来的高 温高压蒸汽，推动汽轮发电机组发电。做过功的废汽 在冷凝器中凝结成水，再由凝结给水泵送入加热器， 重新加热后送回蒸汽发生器。这就是二回路循环系统。 压水堆由压力容器和堆芯两部分组成。压力容器是一 个密封的、又厚又重的、高达数十米的圆筒形大钢壳， 所用的钢材耐高温高压、耐腐蚀，用来推动汽轮机转 动的高温高压蒸汽就在这里产生的。在容器的顶部设 置有控制棒驱动机构，用以驱动控制棒在堆芯内上下 移动。 堆芯是反应堆的心脏，装在压力容器中间。它是燃料组件构成的。正如锅炉烧的煤块一样，燃料 芯块是核电站 原子锅炉”燃烧的基本单元。这种芯块 是由二氧化铀烧结而成的，含有 24%的铀一235， 呈小圆柱
4、形，直径为9.3毫米。把这种芯块装在两端 密封的锆合金包壳管中，成为一根长约 4米、直径约 10毫米的燃料元件棒。把 200多根燃料棒按正方形 排列，用定位格架固定，组成燃料组件。每个堆芯一 般由121个到193个组件组成。这样，一座压水堆所 需燃料棒几万根，二氧化铀芯块1千多万块堆芯。此 外，这种反应堆的堆芯还有控制棒和含硼的冷却水（冷却剂）。控制棒用银铟镉材料制成，外面套有不锈钢 包壳，可以吸收反应堆中的中子，它的粗细与燃料棒 差不多。把多根控制棒组成棒束型，用来控制反应堆 核反应的快慢。如果反应堆发生故障，立即把足够多 的控制棒插入堆芯，在很短时间内反应堆就会停止工 作，这就保证了反应堆
5、运行的安全。轻水堆一一沸水 堆电站 沸水堆核电站 沸水堆核电站工作流程是： 冷却剂（水）从堆芯下部流进，在沿堆芯上升的过程 中，从燃料棒那里得到了热量，使冷却剂变成了蒸汽 和水的混合物，经过汽水分离器和蒸汽干燥器，将分 离出的蒸汽来推动汽轮发电机组发电。 沸水堆是由压力容器及其中间的燃料元件、十字形控制棒和汽水 分离器等组成。汽水分离器在堆芯的上部，它的作用 是把蒸汽和水滴分开、防止水进入汽轮机，造成汽轮 机叶片损坏。沸水堆所用的燃料和燃料组件与压水堆 相同。沸腾水既作慢化剂又作冷却剂。 沸水堆与压水堆不同之处在于冷却水保持在较低的压力（约为70 个大气压）下，水通过堆芯变成约 285 C的蒸
6、汽，并 直接被引入汽轮机。所以，沸水堆只有一个回路，省 去了容易发生泄漏的蒸汽发生器，因而显得很简单。 总之，轻水堆核电站的最大优点是结构和运行都比较 简单，尺寸较小，造价也低廉，燃料也比较经济，具有良好的安全性、可靠性与经济性。它的缺点是必须 使用低浓铀，目前采用轻水堆的国家，在核燃料供应 上大多依赖美国和独联体。此外，轻水堆对天然铀的 利用率低。如果系列地发展轻水堆要比系列地发展重 水堆多用天然铀50%以上。 从维修来看，压水堆因为一回路和蒸汽系统分开，汽轮机未受放射性的沾 污，所以，容易维修。而沸水堆是堆内产生的蒸汽直 接进入汽轮机，这样，汽轮机会受到放射性的沾污， 所以在这方面的设计与
7、维修都比压水堆要麻烦一些。 重水堆核电站 重水堆按其结构型式可分为压力壳式和压力管式两种。压力壳式的冷却剂只用重水，它 的内部结构材料比压力管式少，但中子经济性好，生 成新燃料钚一239的净产量比较高。这种堆一般用天 然铀作燃料，结构类似压水堆，但因栅格节距大，压 力壳比同样功率的压水堆要大得多，因此单堆功率最 大只能做到30万千瓦。 因为管式重水堆的冷却剂不受限制，可用重水、轻水、气体或有机化合物。它 的尺寸也不受限制，虽然压力管带来了伴生吸收中子 损失，但由于堆芯大，可使中子的泄漏损失减小。此 外，这种堆便于实行不停堆装卸和连续换料，可省去 补偿燃耗的控制棒。 压力管式重水堆主要包括重水慢
8、化、重水冷却和重水慢化、沸腾轻水冷却两种反应堆。这两种堆的结构大致相同。 （1）重水慢化，重水冷却堆核电站这种反应堆的反应堆容器不承受压 力。重水慢化剂充满反应堆容器，有许多容器管贯穿 反应堆容器，并与其成为一体。在容器管中，放有锆 合金制的压力管。用天然二氧化铀制成的芯块，被装 到燃料棒的锆合金包壳管中，然后再组成短棒束型燃 料元件。棒束元件就放在压力管中，它借助支承垫可 在水平的压力管中来回滑动。在反应堆的两端，各设 置有一座遥控定位的装卸料机，可在反应堆运行期间 连续地装卸燃料元件。 这种核电站的发电原理是：既作慢化剂又作冷却剂的重水，在压力管中流动，冷 却燃料。像压水堆那样，为了不使重
9、水沸腾，必须保 持在高压（约90大气压）状态下。这样，流过压力 管的高温（约300 C）高压的重水，把裂变产生的热 量带出堆芯，在蒸汽发生器内传给二回路的轻水，以 产生蒸汽，带动汽轮发电机组发电。 （2）重水慢化、沸腾轻水冷却堆核电站这种堆是英国在坝杜堆（重水慢化、重水冷却堆）的基础上发展起来的。加 拿大所设计的重水慢化重水冷却反应堆的容器和压力 管都是水平布置的。而重水慢化沸腾轻水冷却反应堆 都是垂直布置的。它的燃料管道内流动的轻水冷却剂， 在堆芯内上升的过程中，引起沸腾，所产生的蒸汽直接送进汽轮机，并带动发电机。 因为轻水比重水吸收中子多，堆芯用天然铀作燃料就很难维持稳定的核 反应，所以，
10、大多数设计都在燃料中加入了低浓度的 铀235或钚239。 重水堆的突出优点是能最有效地利用天然铀。由于重水慢化性能好，吸收中子少， 这不仅可直接用天然铀作燃料，而且燃料烧得比较透。 重水堆比轻水堆消耗天然铀的量要少，如果采用低浓 度铀，可节省天然铀38%。在各种热中子堆中，重水 堆需要的天然铀量最小。此外，重水堆对燃料的适应 性强，能很容易地改用另一种核燃料。它的主要缺点 是，体积比轻水堆大。建造费用高，重水昂贵，发电 成本也比较高。 石墨气冷堆核电站 所谓石墨气冷堆就是以气体（二氧化碳或氦气）作为冷却剂的反应 堆。这种堆经历了三个发展阶段，产生了三种堆型： 天然铀石墨气冷堆、改进型气冷堆和高
11、温气冷堆。（1）天然铀石墨气冷堆核电站 天然铀石墨气冷堆实 际上是天然铀作燃料，石墨作慢化剂，二氧化碳作冷 却剂的反应堆。这种反应堆是英、法两国为商用发电 建造的堆型之一，是在军用钚生产堆的基础上发展起 来的，早在1956年英国就建造了净功率为45兆瓦的 核电站。因为它是用镁合金作燃料包壳的，英国人又 把它称为镁诺克斯堆。 该堆的堆芯大致为圆柱形，是由很多正六角形棱柱的石墨块堆砌而成。在石墨砌 体中有许多装有燃料元件的孔道。以便使冷却剂流过 将热量带出去。从堆芯出来的热气体，在蒸汽发生器 中将热量传给二回路的水，从而产生蒸汽。这些冷却 气体借助循环回路回到堆芯。蒸汽发生器产生的蒸汽 被送到汽轮
12、机，带动汽轮发电机组发电。这就是天然 铀石墨气冷堆核电站的简单工作原理。 这种堆的主要优点是用天然铀作燃料，其缺点是功率密度小、体 积大、装料多、造价高，天然铀消耗量远远大于其他 堆。现在英、法两国都停止建造这种堆型的核电站。（2）改进型气冷堆核电站 改进型气冷堆是在天然铀石 墨气冷堆的基础上发展起来的。设计的目的是改进蒸 汽条件，提高气体冷却剂的最大允许温度。这种堆， 石墨仍然为慢化剂，二氧化碳为冷却剂，核燃料用的 是低浓度铀（铀一235的浓度为2 3%），出口温度可 达670 C。它的蒸汽条件达到了新型火电站的标准， 其热效率也可与之相比。 这种堆被称为第二代气冷堆，英国建造了这种堆，由于
13、存在不少工程技术问题， 对其经济性多年来争论不休，得不出定论，所以前途 暗淡。 （3）高温气冷堆 高温气冷堆被称为第三代 气冷堆，它是石墨作为慢化剂，氦气作为冷却剂的堆。 这里所说的高温是指气体的温度达到了较高的程度。因为在这种反应堆中，采用了陶瓷燃料和耐高温的石 墨结构材料，并用了惰性的氦气作冷却剂，这样，就 把气体的温度提高到750 C以上。同时，由于结构材 料石墨吸收中子少，从而加深了燃耗。另外，由于颗 粒状燃料的表面积大、氦气的传热性好和堆芯材料耐 高温，所以改善了传热性能，提高了功率密度。这样， 高温气冷堆成为一种高温、深燃耗和高功率密度的堆 型。 它的简单工作过程是，氦气冷却剂流过
14、燃料体之间，变成了高温气体；高温气体通过蒸汽发生器产 生蒸汽，蒸汽带动汽轮发电机发电。 高温气冷堆有特殊的优点：由于氦气是惰性气体，因而它不能被活 化，在高温下也不腐蚀设备和管道；由于石墨的热容 量大，所以发生事故时不会引起温度的迅速增加；由 于用混凝土做成压力壳，这样，反应堆没有突然破裂 的危险，大大增加了安全性；由于热效率达到 40%以 上,这样高的热效率减少了热污染。可能为钢铁、燃料、化工等工业部门提供高温热能， 实现氢还原炼铁、石油和天然气裂解、煤的气化等新 工艺，开辟综合利用核能的新途径。但是咼温气冷堆 技术较复杂。参考资料：jack,zhang核电站发电原理 怎么把核能-热能- 电
15、能？1.有3个地点：反应容器（核燃料在这里反应）， 蒸汽发生器，汽轮机2.有2个回路：1回路（或称 核岛”连接反应容器 与蒸汽发生器，2回路（或称常规岛”）连接蒸汽发生 器和汽轮机3.过程：（1） 1回路的冷却水流过反应容器时，吸收核反应的 热量，温度升高；流过蒸汽发生器时，将热量传给 2 回路的水，同时温度降低，流回反应容器重新吸热。（2） 2回路的水流经蒸汽发生器时，吸收了 1回路冷 却水的热量而变成水蒸汽，然后进入汽轮机，推动汽 轮机旋转，汽轮机通过一根轴带动发电机转子旋转发 电；水蒸汽在汽轮机内做功后，又变成液态水，流回蒸汽发生器重新吸热。蒸汽发生器里两个回路的水是始终隔开的，以保证 2回路不带放射性
