《《核反应堆工程绪论》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《核反应堆工程绪论》PPT课件.ppt（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、核反应堆工程,主讲教师：胡 朝霞 环化楼117,教材：阎昌琪，曹欣荣等编，核反应堆工程，哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2004参考书籍：凌备备，杨延洲主编，核反应堆工程原理，北京：原子能出版社，1982谢仲生 编著，核反应堆物理 分析，西安：西安交大出版社，2004马进，王兵树，马永光编著，核能发电原理，北京：中国电力出版社，2007方杰主编，辐射防护导论，北京：原子能出版社，1991朱继洲等编著，核反应堆安全分析，西安：西安交大出版社，2000,本课程的目的及要求,对与核反应堆有关的知识及问题作全面的介绍：了解核能发展的动向 并掌握核反应堆的有关知识探讨核反应堆的发展趋势探索我国核能的发展方
2、向,熟：熟练掌握核反应堆物理、结构材料、核热工及核安全的基本专业知识新：通过学习和阅读了解核反应堆的最新发展思：对核反应堆的发展有深入思索,核科学技术范围,裂变堆技术,聚变堆技术,裂变堆工程技术,核聚变工程技术,核反应堆结构材料与工艺技术,放射性三废处理与处置技术,核反应堆热工,核燃料与工艺技术,核反应堆控制技术,核安全,辐射防护技术,核反应堆工程,核反应堆物理,核反应堆工程,乏燃料后处理技术,裂变堆工程技术,核聚变工程技术,核反应堆结构材料与工艺技术,核燃料与工艺技术,核反应堆控制技术,核反应堆物理,乏燃料后处理技术,课程内容提纲,绪论（3学时）第一章 核反应堆的核物理基础（8学时）第二章
3、核反应堆结构与材料（5学时）第三章 核反应堆热工（5学时）第四章 核反应堆安全（8学时）第五章 新型核动力堆技术（3学时）,绪 论,什么是核能？关于核能你的联想是什么？,核能无穷的能源,核裂变反应,核裂变能,如全部利用，能供使用2400-2800年,所释放的能量比 全世界 现有能源总量放出的能量 大 千万倍。如实现可控核聚变，能供 使用上千亿年。,铀、钍矿,你的联想-福？祸？,核电站提供17 的清洁电能 核安全问题 三哩岛切尔诺贝利核电事故核废料处置 核动力与核武器？核潜艇，核动力航母日本广岛，长崎原子弹伊朗，朝鲜的核设施,核电分布,为什么核能发展存在争议？,化石能源-习以为常几百年，上百年历
4、史，依赖性强对环境影响逐步显现（温水煮青蛙）可再生能源-历史久远能量密度小，分散受经济性制约核能-爱憎分明，毁誉参半历史短，能量大，潜在风险大能量表现形式神秘，未知和不确定性大生命周期长，影响久远,核能是不可或缺的替代能源,经济可持续发展的要求和全球变暖的环境压力为核能的发展开辟了新的机遇。核电：当前最理想、最可行的非化石替代能源。聚变能：取之不尽，用之不竭的永久清洁能源。,科学发现-核裂变的实现,1896年法国人（H.Bequerrel)发现(铀)发射性1903年皮埃尔居里夫妇与他获诺贝尔物理奖(钋镭),1911居里夫人第二次获奖(化学奖,放射性射线性质)1919年英国人(E.Rutherf
5、ord)实现人为核反应(放射性,原子结构的奠基人,剑桥大学卡文迪什实验室主任,1908年诺贝尔化学奖)1932年英国人(查德威克)发现中子1935年获诺贝尔物理学奖,剑桥大学卡文迪什实验室1938年德国人(哈恩等)实现核裂变获得1944年诺贝尔化学奖,Henry Becquerel(1852-1908),贝克勒尔发现放射性的底片,Ernest Rutherford(1871-1937),Sir James Chadwick(1891-1974),1939年(约里奥居里夫妇,费米)证明铀核分裂过程放出23个中子，确定了自持链式反应的可行性。约里奥居里夫妇获得了1935年度的诺贝尔化学奖,(中子,
6、正电子两次失去获奖机会);费米,1938年获诺贝尔物理学奖,用中子代替粒子对周期表上的元素逐一攻击直到铀，发现了中子引起的人工放射性，还观察了到中子慢化现象。1942年12月2日在芝加哥大学建成世界上第一座可控原子核裂变链式反应堆。,Maria Skodowska-Curie（1867-1934）,Enrico Fermi(1901-1954),Ernest Rutherford(1871-1937),Albert Einstein(1879-1955),Sir J.J.Thomson(1856-1940),Sir James Chadwirk(1891-1974),师生关系,师生关系,Nie
7、ls Bohr1885-1962）,师生关系,钱三强（1913-1992）,Irne Joliot-Curie（1897-1956）,师生关系,师生关系,Enrico Fermi(1901-1954),核能的最初应用核武器,1939年二战爆发，美、英、德等国研究原子弹1942年12月建成世界第一座核反应堆之后美国建成三座石墨水冷生产堆。生产原子弹所需的钚。同时用电磁分离法生产高富集铀。1945年美国制成三颗原子弹。一颗用于试验，另两颗分别投落在日本的广岛和长崎。1952年研制氢弹成功。苏、英、法分别于1949、1952、1960年爆炸原子弹。后来爆炸了氢弹。,美国1955年建成世界上第一艘核潜
8、艇，苏联1959年建成核潜艇。苏、美近500艘核潜艇（700个反应堆）。美、俄、法拥有核动力航空母舰。为美国远程攻击的主力。压水堆动力。中国于1964年10月16日，1967年6月17日成功地爆炸了原子弹和氢弹。中国于1971年9月建成第一艘核潜艇，继美、苏、英、法之后第五个有核艇国家。1988年9月完成导弹核潜艇从水下发射弹道导弹的飞行试验。,洛杉矶攻击核潜艇,法国 戴高乐号核动力航空母舰,中国汉D级最新核潜艇,核电站,火力发电站利用煤和石油发电，水力发电站利用水力发电，而核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型发电站。核电站大体可分为两部分：一部分是利用核能生产蒸汽的核岛、包括反应堆
9、装置和一回路系统；另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统。,核反应堆,产生核裂变反应的设备叫做反应堆。原子核反应堆通常以铀或钚作核燃料，可控地进行链式裂变反应，并持续不断地将裂变能量带出作功的一种特殊的原子锅炉。,1960,1980,2000,2020,2040,2060,2080,Generation1,Shippingport PWR USSR-1（50-60 built）,Generation2,Generation3,Operating PWR（PWR，BWR，CANDU，WWER）,Generation4,AP1000,EPR,?,Firstreactors,Curren
10、tReactors,Advanced Reactor,Gen IVREACTORS,反应堆发展历史,1942年世界上第一座核反应堆运行成功,核反应堆发展历史,实验示范阶段（1946-1965）高速发展阶段（1966-1980）滞缓发展阶段（1980-2000）,良性循环：改进技术，降低成本及大规模出口这一时期基本形成了目前世界核电的格局 美国：压水堆Model 212、Model 312，Model 314，Model 412、Model 414；沸水堆（BWR）法国、日本、韩国：Model 412、System80 等标准核电站,美国-苏联引导核电发展第二世界国际积极跟进 英国，法国：原型天
11、然铀石墨气冷堆核电站加拿大：天然铀重水堆核电站,1973，1979 年两次石油危机1979年3月美国三哩岛事故雪上加霜1986年苏联切尔诺贝利核电事故致命一击要求更安全的第三代核电站，第三代核能系统应运而生。,核动力堆第二春天？（2000-）,经济发展受能源及环境制约凸显美国把扩大核能作为国家能源政策的重要组成部分；俄罗斯制定了较大规模的核电计划，已在南方建造一座100 万千瓦的反应堆，还有4座机组也在建设中；日本政府提出核电立国，计划在2010年前新建13座核电厂，2011年后再建7座核电厂；近期，亚洲有11个国家分别提出将要发展核电第三代核电系统EPR2005年芬兰动工，2007年法国动工
12、第三代核电系统AP1000 2007年在中国动工。（海阳，三门）,当前核能面临的挑战,如何实现可持续发展？核能面临的挑战可归结为：可管理的废物、燃料资源的有效利用和环境效益 有竞争力的经济性 公众认可的安全性 核能系统和核燃料的安全保障,对第四代核能系统的要求,2000年美国提出第四代核能系统的概念。这个概念已在世界上被广泛接受，组成第四代核能系统国际论坛，中国已参加该论坛。可持续性经济性安全性防止扩散,未来的第四代反应堆,两年评估的结果，6种第四代反应堆堆型入选（2002年提出）,国内外核电发展概况,国际约463堆，总功率约3.7亿千瓦全球平均：容量占11%，电量占17%发达国家平均：容量占
13、20%，电量占30%,装机容量：美国居首位，占1/4发展速度：法国、日本、韩国发展国家：韩国、中国,世界能源特点,目前全世界能源总消费量约为130亿吨标准煤，化石能源占85%以上，从能源的供应结构来看，目前世界上消耗的能源主要来自煤、石油、天然气三大资源。资源问题；环境问题政治冲突；外部成本,我国能源结构特点,能源结构上：以煤为主体，石油和天然气资源不丰富，一次能源消费占能源消费量的70，电力能源结构以煤为主，煤电占发电总量的77。能源区域分布与工业布局不平衡，而且相反。中国已成为世界第二大能源生产与消费国、第一大煤炭生产与消费国、第二大石油消费国及石油进口国、第二大电力生产国。,能源问题困扰
14、中国,北煤南运运输量十分巨大，经济上也不合理。西电东送技术上难度大，经济上代价高。发展核电核电在工业发达国家已有几十年的发展历史，核电已成为一种成熟的能源。,中国需要发展核电,国家中长期科技发展规划（20062020年）提出中国发展面临的“瓶颈”是能源、资源和环境问题本世纪中叶达到中等发达国家的水平：一次能源消费45亿吨标煤/年，电力装机16亿千瓦。,我国核电发展概况,2020建成70000MW，在建40000MW,秦山一期核电厂,秦山三期核电厂,大亚湾核电厂厂区,中国的核电发展,大型先进压水堆及高温气冷堆示范电站”已列入国家发展重大专项20万千瓦模块式高温气冷堆示范电站项目已于2009年9月
15、开工，计划于2013年11月投产发电向巴基斯坦出口30万千瓦恰希玛核电站,我国本世纪核电发展战略,核电中长期发展规划(2005-2020年),贯彻“积极推进核电建设”的电力发展基本方针，统一核电发展技术路线，注重核电的安全性和经济性，坚持以我为主，中外合作，以市场换技术，引进国外先进技术，国内统一组织消化吸收，并再创新，实现先进压水堆核电站工程设计、设备制造、工程建设和运营管理的自主化。形成批量化建设中国品牌先进核电站的综合能力，提高核电所占比重，实现核电技术的跨越式发展，迎头赶上世界核电先进水平。,核电发展带来的机遇,国内核电投资商,中国核工业总公司：成员 单位100多家广东核电集团中国电力
16、投资集团公司,国内相关高校,清华大学西安交通大学上海交通大学哈尔滨工程大学 南华大学四川大学南京理工大学,聚变反应堆,劳森判据（点火条件）1957年，英国物理学家劳森（Lawson）通过估算给出了聚变自持燃烧的条件。,nT 51021m-3 Kev s,n:等离子体密度T:等离子体温度:等离子体约束时间,磁约束核聚变-托卡马克装置,托卡马克核聚变的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。,ITER(International Thermonuclear Experimental Reacto
17、r),1985年开始谈判 2006年5月24日，7个成员签订成立国际组织联合实施ITER计划的协定,ITER将建在法国的Cadarache（卡达拉什）,西南物理研究所，环流2号（HL-2）,中科院等离子体物理研究所,惯性约束核聚变,惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，受它的反作用，球面内层向内挤压（反作用力是一种惯性力，靠它使气体约束，所以称为惯性约束），就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样，小球内气体受挤压而压力升高，并伴随着温度的急剧升高。当温度达到所需要的点火温度（大概需要几十亿度）时，小球内气体便发生爆炸，并产生大量热能。,NIF(National Ignition Facility),1997 May 29-2009 March,192 Beams,50TW 20ns 1MJ.From the website of NIF,小 结,化 石 能 源 中 流 砥 柱，任 重 道 远裂 变 能 临 危 授 命，千 秋 功 过可再生 能源 大 器 晚 成，前 途 无 量聚 变 能 返 璞 归 真，来 日 方 长可再生能源聚变 解决未来世界能源问题的主力,思考题,核能发电的原理是什么？核能发电的优点是什么？你对未来的先进反应堆型有何看法？,
