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- 2019-06-17
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- 課件PPT
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這是核能材料ppt,包括了核能發(fā)電及其特點(diǎn),核電站反應(yīng)堆,壓水堆核電站,沸水堆核電站,重水堆核電站,快中子增值反應(yīng)堆等內(nèi)容,歡迎點(diǎn)擊下載。
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第一部分:核能發(fā)電 一、核能發(fā)電及其特點(diǎn) 二、核電站反應(yīng)堆 三、壓水堆核電站 四、沸水堆核電站 五、重水堆核電站 六、快中子增值反應(yīng)堆 一、核能發(fā)電及其優(yōu)點(diǎn) 1、核能發(fā)電原理 利用原子核裂變反應(yīng)釋放的能量生產(chǎn)電能。 原子核裂變反應(yīng)是指鈾-235,钚-239、鈾-233等元素在中子作用下分裂為兩個碎片,同時釋放出中子和大量能量的過程。 核能可分為三類: (1)裂變能:重元素(如鈾、钚等)的原子核發(fā)生分裂時釋放出來的能量; (2)聚變能:由輕元素(氘和氚)原子核發(fā)生聚合反應(yīng)時釋放出來的能量; (3)放射能:原子核衰變時放出來的能量。 2、核能發(fā)電特點(diǎn): (1)高效 1克鈾-235原子核裂變時,所釋放的能量相當(dāng)于2.5噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒釋放的熱量,或相當(dāng)于1噸石油完全燃燒所釋放的熱量。 2、核能發(fā)電特點(diǎn):(2)清潔 2、核能發(fā)電特點(diǎn): (3)安全 2、核能發(fā)電特點(diǎn): (4)經(jīng)濟(jì) 從美國、歐洲不同類發(fā)電廠每度電的成本來看,核電與煤發(fā)電相當(dāng),比水電、燃油發(fā)電低。這表明核電的經(jīng)濟(jì)性是好的,是具有競爭力的。 (5)核資源儲量豐富,取之不盡,用之不竭。 海水中的鈾資源極為豐富,1000噸海水中大約含鈾3克,世界各大洋中鈾總含量可達(dá)到40多億噸,可供人類使用幾千萬年。(但海水中提取鈾現(xiàn)在還很困難) 3、重水堆 三、壓水堆核電站 目前,壓水堆核電站是核電站的主要形式,從軍用核反應(yīng)堆發(fā)展而來,技術(shù)最成熟,運(yùn)行最安全的核反應(yīng)堆形式。 2、壓水堆核電站特點(diǎn) 四、沸水堆核電站 五、重水堆核電站 2、重水堆核電站特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn): 1、利用天然鈾為燃料,提高鈾資源的利用率; 2、可以實(shí)現(xiàn)不停堆裝卸核連續(xù)換料; 缺點(diǎn): 1、體積比輕水堆大,建造費(fèi)用高; 2、重水昂貴,發(fā)電成本也比較高。 六、快中子增值反應(yīng)堆—未來核電站 2、工作過程: 在“快堆”內(nèi)由于核裂變反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量,由液態(tài)金屬鈉帶出來并進(jìn)入中間熱交換器,帶有熱量的液態(tài)鈉再由中間回路進(jìn)入蒸汽發(fā)生器,使蒸器發(fā)生器內(nèi)的水沸騰并汽化,由蒸汽來驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。 3、快中子堆與熱中子堆比較 熱中子反應(yīng)堆,中子需要慢化;而快中子堆,中子不需要慢化; 在熱中子反應(yīng)堆內(nèi),發(fā)電時,核燃料越燒越少。 快中子反應(yīng)堆內(nèi),而钚—239發(fā)生裂變時放出來的快中子會被裝在反應(yīng)區(qū)周圍的鈾-238吸收,又變成钚—239。這就是說,在堆中一邊消耗钚—239,又一邊使鈾-238轉(zhuǎn)變成新的钚—239,而是新生的钚—239比消耗掉的還多,從而使堆中核燃料越燒變多。 “快堆”核電站的應(yīng)用,為解決“熱堆”核電站的遺留問題(產(chǎn)生大量貧鈾)找到了切實(shí)可行的途徑。 由于“快堆”核電站能“增殖”核燃料,所以發(fā)電成本低。 “快堆”不僅把鈾資源的利用率增大了幾十倍,而且也使鈾資源本省擴(kuò)大了幾百倍。 第二部分:核能材料 核能材料 核動力發(fā)展必須解決兩個重要問題: 提高反應(yīng)堆的安全性和改善其經(jīng)濟(jì)性, 要解決這兩個問題,一是從設(shè)計(jì)和管理上解決,研究發(fā)展固有安全性好,非能動反應(yīng)堆,二是提高反應(yīng)堆材料性能。 一、核裂變反應(yīng)堆材料 (一) 壓水堆(PWR)材料 目前世界上的動力反應(yīng)堆,絕大部分是壓水堆(PWR), PWR材料主要包括核燃料、包殼、慢化材料和反射層材料、冷卻劑、控制材料、壓力容器和管道材料以及屏蔽材料。 其他核燃料還有鈾238和钚239,又稱裂變核燃料。其中鈾235存在于自然界,而鈾233、钚239則是釷232和鈾238吸收中子后分別形成的人工核素 1、核燃料元件 對核裂變材料,完整的實(shí)際運(yùn)行是應(yīng)該有好的輻照穩(wěn)定性和滯留裂變產(chǎn)物的能力。可以認(rèn)為,富U-235的UO2燃料的研究具有成熟的理論和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),所以燃料目前幾乎使用UO2燃料。鈾-235的含量為3%(稱為富集度) . UO2燃料瓷芯塊為直徑1厘米,高度1厘米的圓柱體。 钚(英語:Plutonium ,)原子序數(shù)為94,元素符號是Pu,原子量為239,是一種具放射性的超鈾元素 。 釷:元素符號Th,元素中文名稱釷,元素英文名稱Thorium。原子序數(shù)90,釷原子量232.0381,元素類型為金屬,是天然放射性元素 。 2、包殼材料: 包殼材料的性能要求是①具有一定強(qiáng)度和塑性,能承受裂變氣體造成的壓力和外部冷卻劑的壓力,并能適應(yīng)燃料的腫脹變形。②良好的抗腐蝕性能,包括燃料及裂變產(chǎn)物、冷卻劑對包殼的腐蝕。③好的核性能,中子吸收截面小,輻射不產(chǎn)生嚴(yán)重的核反應(yīng)等。④具有抗輻照機(jī)械性能,輻照不引起過量的強(qiáng)度增加和塑性降低。 目前使用的包殼材料為Zr合金。幾百個UO2芯塊疊在一起裝入直徑1厘米,長度約4米,厚度為1毫米左右的細(xì)長鋯合金材料套管內(nèi),稱為燃料棒。 金屬鋯(哈)材料的生產(chǎn) 核級海綿鋯的原料為鋯英石(鋯英砂:ZrO2:67.1%;SiO2:32.9% )和風(fēng)信子石(ZrHfSiO4),與斜鋯礦(ZrO2) 用金屬熱還原法制取海綿鋯和海綿鉿,先將鋯英砂精礦氯化為氯化鋯或堿熔制成氫氧化鋯,除去鋯英砂中的SiO2再氯化; 經(jīng)過鎂還原制的海綿鋯和海綿鉿,然后熔鑄成錠,制造需要的型材。 第三部分:世界核電發(fā)展簡介 1938年底,科學(xué)家首次用中子轟擊比較大的原子核,使其發(fā)生 核裂變 ,變成兩個中等大小的原子核,同時釋放出巨大的能量。 世界上第一座商業(yè)化核電站1956年在英國運(yùn)作; 經(jīng)過50余年的核能利用和發(fā)展,世界上已有448座核電機(jī)組在運(yùn)行,核電站容量達(dá)到368.4GW,供應(yīng)全球電力的16% 還有56個國家擁有284個研究堆和220個船用核動力裝置。正在建設(shè)的核反應(yīng)堆有30個,計(jì)劃建設(shè)的核反應(yīng)堆超過70個 3、核電技術(shù)發(fā)展方向 核電向更安全方向發(fā)展(第三代壓水堆核電站) 核電向鈾資源高利用方向發(fā)展(快中子堆核電站) 核電向產(chǎn)生取之不盡、用之不竭能量方向發(fā)展(核聚變核電站) 4. 世界看好今后的核電發(fā)展 當(dāng)前,火電占世界上總發(fā)電量的64 % ,但世界上火電的發(fā)展面臨很大的壓力;從長遠(yuǎn)來看由于資源短缺火電作為世界主力能源的地位可能被其他能源所取代。 核能資源豐富(世界上熱中子堆和快中子堆核電站使用的鈾、釷資源可夠開采數(shù)千年,熱核堆核電站使用的氘、氚資源可夠開采幾十億年),逐漸認(rèn)識到核電是一種高效、清潔、安全、經(jīng)濟(jì)的能源,其技術(shù)發(fā)展又有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和明確的計(jì)劃,現(xiàn)在世界看好今后的核電發(fā)展。 我國計(jì)劃到2020年核電裝機(jī)容量從現(xiàn)在的8 GW發(fā)展到40 GW,核發(fā)電將占當(dāng)時全國總發(fā)電量的4-6 % ;到2050年核電裝機(jī)容量達(dá)到240 GW,核發(fā)電將占當(dāng)時全國總發(fā)電量的20 % ; 俄羅斯計(jì)劃到2030年在國內(nèi)新建42-58臺核電機(jī)組,使核發(fā)電占總發(fā)電量的比例從現(xiàn)在的16 %提高到25 %,并在國外投標(biāo)建設(shè)40-50臺核電機(jī)組; 美國計(jì)劃到2050年新建核電機(jī)組100座; 日本計(jì)劃到2030年新建10座核電機(jī)組,使核電裝機(jī)容量達(dá)到62.86 GW; 韓國計(jì)劃到2015年新建12座核電機(jī)組; 印度計(jì)劃到2020年核電裝機(jī)容量達(dá)到29 GW,比現(xiàn)在增加8倍多;到2050年達(dá)到275 GW。
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