堆芯是反應(yīng)堆的心臟，裝在壓力容器中間。如果堆內(nèi)有100多個這樣的燃料元件，即可成為90萬千瓦的壓水堆核電站。
正文
壓水堆核電站 壓水堆核電站的一回路系統(tǒng)與二回路系統(tǒng)完全隔開，它是一個密閉的循環(huán)系統(tǒng)。該核電站的原理流程為：主泵將高壓冷卻劑送入反應(yīng)堆，一般冷卻劑保持在120～160個大氣壓。在高壓情況下，冷卻劑的溫度即使300℃多也不會汽化。冷卻劑把核燃料放出的熱能帶出反應(yīng)堆，并進入蒸汽發(fā)生器，通過數(shù)以千計的傳熱管，把熱量傳給管外的二回路水，使水沸騰產(chǎn)生蒸汽；冷卻劑流經(jīng)蒸汽發(fā)生器后，再由主泵送入反應(yīng)堆，這樣來回循環(huán)，不斷地把反應(yīng)堆中的熱量帶出并轉(zhuǎn)換產(chǎn)生蒸汽。從蒸汽發(fā)生器出來的高溫高壓蒸汽，推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。做過功的廢汽在冷凝器中凝結(jié)成水，再由凝結(jié)給水泵送入加熱器，重新加熱后送回蒸汽發(fā)生器。這就是二回路循環(huán)系統(tǒng)。
壓水堆由壓力容器和堆芯兩部分組成。壓力容器是一個密封的、又厚又重的、高達數(shù)十米的圓筒形大鋼殼，所用的鋼材耐高溫高壓、耐腐蝕，用來推動汽輪機轉(zhuǎn)動的高溫高壓蒸汽就在這里產(chǎn)生的。在容器的頂部設(shè)置有控制棒驅(qū)動機構(gòu)，用以驅(qū)動控制棒在堆芯內(nèi)上下移動。
堆芯是反應(yīng)堆的心臟，裝在壓力容器中間。它是燃料組件構(gòu)成的。正如鍋爐燒的煤塊一樣，燃料芯塊是核電站“原子鍋爐”燃燒的基本單元。這種芯塊是由二氧化鈾燒結(jié)而成的，含有2～4%的－235，呈小圓柱形，直徑為9.3毫米。把這種芯塊裝在兩端密封的鋯合金包殼管中，成為一根長約4米、直徑約10毫米的燃料元件棒。把 200多根燃料棒按正方形排列，用定位格架固定，組成燃料組件。每個堆芯一般由121個到193個組件組成。這樣，一座壓水堆所需燃料棒幾萬根，二氧化鈾芯塊1千多萬塊堆芯。此外，這種反應(yīng)堆的堆芯還有控制棒和含硼的冷卻水（冷卻劑）。控制棒用銀鎘材料制成，外面套有不銹鋼包殼，可以吸收反應(yīng)堆中的中子，它的粗細與燃料棒差不多。把多根控制棒組成棒束型，用來控制反應(yīng)堆核反應(yīng)的快慢。如果反應(yīng)堆發(fā)生故障，立即把足夠多的控制棒插入堆芯，在很短時間內(nèi)反應(yīng)堆就會停止工作，這就保證了反應(yīng)堆運行的安全。
以下內(nèi)容來自：《教學(xué)參考資料》初中物理第二冊
壓水堆是目前比較廣泛采用的核反應(yīng)堆。其特征是水在堆芯內(nèi)不沸騰，因此水必須保持在高壓狀態(tài)。圖9－10是壓水堆核電站的流程示意圖。燃料用的是二氧化鈾陶瓷塊，這樣的鈾芯塊本身就起防止放射性物質(zhì)外逸的作用，即構(gòu)成了第一道安全屏障。把這些小的鈾塊重疊在高3米，外徑9．5毫米，厚0．57毫米的鋯合金管內(nèi)封閉，即成為燃料元件棒，即鈾棒。鋯合金管也能防止放射性物質(zhì)逸出，故構(gòu)成第二道安全屏障。每200多根鈾棒，排列成橫17排，縱17排的燃料元件。如果堆內(nèi)有100多個這樣的燃料元件，即可成為90萬千瓦的壓水堆核電站。整個堆芯放在內(nèi)徑為4米，高為13米，厚為0．2米的壓力殼內(nèi)。殼內(nèi)壓強為155個大氣壓。可把水加熱到330℃以上。溫度升高了的水進入蒸汽發(fā)生器內(nèi)，器內(nèi)有很多細管，細管中的水接收熱量變成蒸汽進入蒸汽輪機發(fā)電。
從圖中可以看出，從反應(yīng)堆出來的水是跟細管中的水分開的，即使堆中的水有少量放射性物質(zhì)，也不會傳遞到細管中的水中。從反應(yīng)堆出來的水在蒸汽發(fā)生器中溫度降低后，經(jīng)一回路的循環(huán)泵驅(qū)動，又回到壓力殼的堆芯繼續(xù)加熱，完成第一回路的循環(huán)。一回路和壓力殼組成第三道安全屏障。蒸汽發(fā)生器內(nèi)的蒸汽進入蒸汽輪機做功后，再進入冷凝器冷卻成水，經(jīng)二回路循環(huán)泵驅(qū)動，再回到蒸汽發(fā)生器繼續(xù)使用，這就是第二回路循環(huán)。冷凝器中用三回路循環(huán)泵抽來的江河水作冷卻劑，冷卻后又排回到江河中，組成第三回路循環(huán)。
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