5核电站作为一种新能源的特点 1)核电站的经济性 座1000MW的核电站,每年只需30吨 左右的核燃料,而同功率的煤电站,每 年需330万吨的煤炭。 发电站每度电的成本包括建造投资费、 燃料循环费及运行维护费 建造费 燃料费 核电站 60~70 30 煤电站 20~30 60~70
5 核电站作为一种新能源的特点 1)核电站的经济性 • 一座1000MW的核电站,每年只需30吨 左右的核燃料,而同功率的煤电站,每 年需330万吨的煤炭。 • 发电站每度电的成本包括建造投资费、 燃料循环费及运行维护费。 建造费 燃料费 核电站 60~70% ~30% 煤电站 20~30% 60~70%
·核电站的建造费较髙,约为同规模的煤电站的1.5倍 由于燃料成本是长期起作用的因素,所以核电成本 低于煤电(绝大多数发展核电的国家都如此)。 2)核电站对改善环境起重要作用 座100MW的煤电站,一年要向大气排放77万吨 的烟尘,6.1万吨CO2,1.3万吨氮氢化物,630公斤 强致癌物质3-4苯并芘(每1000m3空气中苯并芘增加 1微克,肺癟放生率就增加5-10%)。核电站不排放。 由于煤渣及飘尘中含有铀、钍、镭和氡等天然放射 性同位素,加上火电厂中煤的吞吐量大,又无防护 措施,所以火电厂排放到环境中的放射性,比同规 模的核电厂大几倍到几十倍,正常运行下核电厂放 射性只有本底放射性的1%,火电厂消耗的煤太多, 放射性污染难以控制
• 核电站的建造费较高,约为同规模的煤电站的1.5倍, 由于燃料成本是长期起作用的因素,所以核电成本 低于煤电(绝大多数发展核电的国家都如此)。 2)核电站对改善环境起重要作用 • 一座1000MW的煤电站,一年要向大气排放77万吨 的烟尘,6.1万吨CO2,1.3万吨氮氢化物,630公斤 强致癌物质3-4苯并芘(每1000m3空气中苯并芘增加 1微克,肺癌放生率就增加5-10%)。核电站不排放。 • 由于煤渣及飘尘中含有铀、钍、镭和氡等天然放射 性同位素,加上火电厂中煤的吞吐量大,又无防护 措施,所以火电厂排放到环境中的放射性,比同规 模的核电厂大几倍到几十倍,正常运行下核电厂放 射性只有本底放射性的1%,火电厂消耗的煤太多, 放射性污染难以控制
3)核电站的安全性 核燃料在反应堆中裂变时,产生大量的 放射性物质,因此,核电站是一个有很 大潜在危险性的能源设施,对它必须处 处设防,避免各种可能事故发生 核电站设计的安全标准很高,这是它建 设投资成本的重要原因。压水堆核电站 有4道安全屏障:二氧化铀陶瓷块可耐高 温,燃料组件包壳有很好密封,整个堆 芯密封在压力容器(厚20cm的钢)内, 有坚固的安全壳;因此安全性能够保证
3)核电站的安全性 • 核燃料在反应堆中裂变时,产生大量的 放射性物质,因此,核电站是一个有很 大潜在危险性的能源设施,对它必须处 处设防,避免各种可能事故发生。 • 核电站设计的安全标准很高,这是它建 设投资成本的重要原因。压水堆核电站 有4道安全屏障:二氧化铀陶瓷块可耐高 温,燃料组件包壳有很好密封,整个堆 芯密封在压力容器(厚20cm的钢)内, 有坚固的安全壳;因此安全性能够保证
两次严重人为核事故: 1979年美国三里岛核电站二回路故障 造成失水,无法导出余热,部分燃料棒熔化 破损,放射性泄漏,但对环境影响不大 1986年切尔诺贝利核电站严重事故 也是人为造成的。停堆进行电机性能试验, 切断安全保护系统,将堆内大部分控制棒迅 速拔出,剩下8根时,反应堆功率失控,被 切断的安全保护系统无法动作,引起爆炸与 燃烧,堆芯熔化,放射性严重泄漏,大范围 污染环境和大量人员死伤(31人死亡、203 人放射病、400万人低剂量辐射)
• 两次严重人为核事故: 1979年美国三里岛核电站二回路故障, 造成失水,无法导出余热,部分燃料棒熔化、 破损,放射性泄漏,但对环境影响不大。 1986年切尔诺贝利核电站严重事故, 也是人为造成的。停堆进行电机性能试验, 切断安全保护系统,将堆内大部分控制棒迅 速拔出,剩下8根时,反应堆功率失控,被 切断的安全保护系统无法动作,引起爆炸与 燃烧,堆芯熔化,放射性严重泄漏,大范围 污染环境和大量人员死伤(31人死亡、203 人放射病、400万人低剂量辐射)
·发生事故技术上的原因: 石墨水冷堆是军用生产堆基础上发展 起来的,安全性低,体积庞大,为节省造 价,无安全壳,发生事故时无法挽救。 ·压水堆有多道保护屏障,是安全可靠的!
• 发生事故技术上的原因: 石墨水冷堆是军用生产堆基础上发展 起来的,安全性低,体积庞大,为节省造 价,无安全壳,发生事故时无法挽救。 • 压水堆有多道保护屏障,是安全可靠的!
6核裂变弹(原子弹) 用235U或239Pu作燃料 常密度po下,无反射层,球体形状的临 界质量: 235 U 239 Pu M CO 50k 16ks 密度p时的临界质量:M=M0(a0)2 例如,当p=2P时,235U及Pu裸球的临界 质量就分别减为~125kg及~4kg
6 核裂变弹(原子弹) • 用235U或239Pu作燃料 • 常密度r0下,无反射层,球体形状的临 界质量: 235U 239Pu MCO ~50kg ~16kg 密度r时的临界质量 : 例如,当r=2 r0时,235U 及Pu裸球的临界 质量就分别减为 ~12.5kg及 ~4kg 。 2 M M ( ) 0 C C0 r r =
1)压拢型(“枪式”):初始状态为分开 的两部分(譬如说,两半球),每一部分 都次临界(譬如说,<40kg235U),然后用 炸药使两部分很块压拢,达到高超临界 2)压紧型(“内爆式”):初始状态为次 临界状态的球(譬如说,常密度时30kg 的235U球),然后用炸药从四周向内爆压, 将铀的密度很块压到两倍以上,达到高超 临界,压紧型用核燃料省,效率高。中心 用中子点火器点火
1)压拢型(“枪式”):初始状态为分开 的两部分(譬如说,两半球),每一部分 都次临界(譬如说,<40kg 235U),然后用 炸药使两部分很块压拢,达到高超临界。 2)压紧型(“内爆式”):初始状态为次 临界状态的球(譬如说,常密度时30kg 的235U球),然后用炸药从四周向内爆压, 将铀的密度很块压到两倍以上,达到高超 临界,压紧型用核燃料省,效率高。中心 用中子点火器点火
原子弹结构原理 两层楔形 原子弹外壳 烈性炸药 烈性炸药 雷管 圆柱形铀块 导向槽 雷管 两个 钚半球 中子反射层 球形铀块 中子源 中子反射层 “枪式”原子弹结构原理图 “内爆式”原子弹结构原理图
原子弹结构原理
7加强弹、氢弹和中子弹 1)加强型弹 原子弹外围加一层,其外再加238U或天然 铀包壳。利用原子弹爆炸时放出的中子,和Li 反应产生H(氚): ⑧6Li+n-4He+3H+25MeV 所产生的H再和氘D(即2H)在原子弹所提供 的高温下产生热核聚变反应: 03H+H-He+n+17.58Mev 反应中放出的高能中子(能量达14MeV左右) 可使238U发生裂变,加强原子弹的威力
7 加强弹、氢弹和中子弹 1)加强型弹 原子弹外围加一层6LiD,其外再加238U或天然 铀包壳。利用原子弹爆炸时放出的中子,和6Li 反应产生3H(氚): 所产生的3H再和氘D(即2H)在原子弹所提供 的高温下产生热核聚变反应: 反应中放出的高能中子(能量达14MeV左右), 可使238U发生裂变,加强原子弹的威力。 Li n He H 2.5MeV 6 1 4 3 + ⎯→ + + H H He n 17.58MeV 3 2 4 1 + ⎯→ + +