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,用來推動汽輪機轉動的高溫高壓蒸汽就在這裡產生的。在容器的頂部設定有控制棒驅動機構,用以驅動控制棒在堆芯內上下移動。
堆芯是反應堆的心臟,裝在壓力容器中間。它是燃料組件構成的。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而成的,含有2~4%的鈾-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,這種反應堆的堆芯還有控制棒和含硼的冷卻水(冷卻劑)。控制棒用銀銦鎘材料製成,外面套有不鏽鋼包殼,可以吸收反應堆中的中子,它的粗細與燃料棒差不多。把多根控制棒組成棒束型,用來控制反應堆核反應的快慢。如果反應堆發生故障,立即把足夠多的控制棒插入堆芯,在很短時間內反應堆就會停止工作,這就保證了反應堆運行的安全。
以下內容來自:《教學參考資料》國中物理第二冊
壓水堆是目前比較廣泛採用的核反應堆。其特徵是水在堆芯內不沸騰,因此水必須保持在高壓狀態。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外逸的作用,即構成了第一道安全螢幕障。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逸出,故構成第二道安全螢幕障。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。整個堆芯放在內徑為4米,高為13米,厚為0.2米的壓力殼內。殼內壓強為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生器內,器內有很多細管,細管中的水接收熱量變成蒸汽進入蒸汽輪機發電。
從圖中可以看出,從反應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,也不會傳遞到細管中的水中。從反應堆出來的水在蒸汽發生器中溫度降低後,經一迴路的循環泵驅動,又回到壓力殼的堆芯繼續加熱,完成第一迴路的循環。一迴路和壓力殼組成第三道安全螢幕障。蒸汽發生器內的蒸汽進入蒸汽輪機做功後,再進入冷凝器冷卻成水,經二迴路循環泵驅動,再回到蒸汽發生器繼續使用,這就是第二迴路循環。冷凝器中用三迴路循環泵抽來的江河水作冷卻劑,冷卻後又排回到江河中,組成第三迴路循環。
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