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核电厂有哪些类型(走近核电)

发布时间:2014-11-28文章来源:人民网【字体:

核电厂有哪些类型(走近核电)

赵瑞昌

人民网-《人民日报》

在美国颁布“和平利用原子能”法案后,直到20世纪70—80年代这个“第一核纪元”里,核裂变反应堆已经从发电不足1瓦的“芝加哥i号”,巍然成长为形式各异的百万千瓦级能量巨人了。各工业发达国家也随之产生了一批拥有核电厂设计、开发能力的龙头企业,在商用核电产业竞技场上颇有群雄逐鹿之势。

核电厂最为重要的部分是以反应堆为核心的核蒸汽供应系统。核蒸汽供应系统的区别,则主要是由反应堆核燃料、慢化剂与冷却剂,这三大因素的不同选择方案所决定的。这里将根据这些因素,展示几种成熟的商用反应堆芳容。

反应堆鼻祖“芝加哥i号”的基因被比较完整地保留了下来,并首先在英国建成了以天然铀作核燃料、石墨作慢化剂,并以二氧化碳气体作冷却剂的magnox反应堆;后来,通过提高核燃料的铀浓度,以及冷却剂二氧化碳的出口温度和压力,形成了“先进气冷堆”(agr)。

而今,在改善核燃料构型,并使用物性更稳定的氦气作冷却剂的基础上,更为先进的“高温气冷堆”(htgr)也积极发展起来。但这种堆型工程建造与运行维护要求较高,至今尚没有大型核电厂的建造经验。

同样使用天然铀作核燃料的堆型,还有用重水作为慢化剂兼冷却剂的重水堆(candu),这主要是由于重水吞噬中子的能力很小,并且能让天然铀“燃烧”的很充分。但“重水(d2o)”极其稀有,其含有的氢元素要比常见的“轻水(h2o)”多一个中子,在自然界中其含量低于万分之二,因此重水堆的造价也就相当昂贵。并由于重水慢化中子的能力不如轻水,使得同功率的重水堆都要比轻水堆的块儿头更大些。

与重水堆相对的,在使用轻水作为慢化剂兼冷却剂的轻水堆中,维持链式反应的中子常常会被轻水吞噬而损失掉,因此轻水堆一般都用加浓铀作为核燃料。但轻水的中子慢化性能较好、容易获得且廉价,且密度高、黏性小、热工性能良好。而根据运行过程中反应堆内的轻水是否总是保持液态,还可分为压水堆(pwr)与沸水堆(bwr)。

在核电家族谱中,轻水堆这一分支可谓“人丁兴旺”。其中,压水堆技术主要由美国西屋电气(westinghouse)、燃烧工程公司(ce)发展,这种堆型体积较小、结构紧凑,工程建造与运行经验都非常丰富。沸水堆技术则落户于通用电气公司(ge),其结构相对压水堆更为简单、但工程与设备方面的要求更为严格。这两种堆型已分别经过了数次整合与革新,共同把轻水堆技术推向了前所未有的高度。

根据2009年的世界核协会的统计数据,压水堆艳压群芳,以占运行机组总数60.6%的比例成为了商用反应堆中毋庸置疑的王者,沸水堆与重水堆则分别以21.1%及10.3%分列榜眼与探花。

这些反应堆仅是核电大家族的几个代表。在并不算长的半个世纪中,其他诸如能够使乏燃料得到有效处理、并使核燃料增殖的快中子增殖堆等堆型,虽已崭露头角却并没有成为核电发展的主力,或许这只是未到其大显身手的时候罢了。

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