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
中国第一次核试验的蘑菇云
中国第一次核试验的蘑菇云
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 + ⎯→ + +