Grunnleggende kunnskap om kjernekraft

Kjernekraftteknologiutvikling: Siden United States Experimental Breeder No. 1 (EBR-1) først brukte kjernekraft til å generere elektrisitet i desember 1951, har verdens kjernekraft utviklet seg i mer enn 50 år. Ved slutten av I 2018 var det mer enn 500 kjernekraftproduksjonsenheter i drift over hele verden, og sto for omtrent 18 prosent av verdens totale kraftproduksjon.

 

Alt i verden er bygd opp av atomer, som igjen består av kjernen og elektronene rundt den. Fusjon av lette kjerner og spaltning av tunge kjerner frigjør begge energi, som kalles henholdsvis fusjonsenergi og fisjonsenergi, eller forkortet kjerneenergi.

Kjerneenergien du referer til er kjernefysisk energi. Drivstoffet til kjernekraftverk er uran. Uran er et tungmetallelement. Naturlig uran består av tre isotoper:

Uran{{0}} har et innhold på 0,71 prosent

Uran-238 inneholder 99,28 prosent

0.0058 prosent Uran-234 innhold Uran-235 er den eneste nukliden som finnes i naturen som er utsatt for fisjon.

Når et nøytron bombarderer en uran-235 kjerne, splittes kjerneenergien til atomet i to lettere kjerner, og produserer to eller tre nøytroner og stråler samtidig, og avgir energi. Hvis det nye nøytronet treffer en annen uran-235 kjerne, kan det forårsake en ny fisjon. I en kjedereaksjon frigjøres energi i en endeløs strøm.

Hvor mye energi frigjøres fra uran-235 fisjon? Energien som frigjøres ved fisjon av 1 kilogram uran-235 tilsvarer energien som frigjøres ved forbrenning av 2700 tonn standardkull.

 

Reaktoren er nøkkeldesignet til et kjernekraftverk, og kjedefisjonsreaksjonen finner sted i den. Det finnes mange typer reaktorer, og den mest brukte reaktoren i et kjernekraftverk er en trykkvannsreaktor.

Det første du har i en trykkvannsreaktor er kjernebrensel. Kjernebrenselet består av sintrede urandioksidpellets, på størrelse med en liten finger, pakket inn i zirkoniumrør, som er satt sammen til en brenselsamling av mer enn tre hundre zirkoniumrør som inneholder pellets. De fleste av enhetene inneholder en bunt kontrollstaver som styrer styrken til kjedereaksjonen og starten og slutten av reaksjonen.

Trykkvannsreaktoren bruker vann som kjølevæske for å strømme gjennom drivstoffet under trykk på hovedpumpen. Etter å ha absorbert varmen som genereres av kjernefysisk fisjon, strømmer den ut av reaktoren og inn i dampgeneratoren, hvor den sender varmen til vannet på sekundærsiden, gjør dem om til damp og sender dem til å generere elektrisitet, mens temperaturen på selve hovedkjølevæsken senkes. Hovedkjølevæsken fra dampgeneratoren sendes deretter tilbake til reaktoren av hovedpumpen for oppvarming. Denne sirkulerende kanalen med kjølevæske kalles primærkretsen og primærkretsen

trykket opprettholdes og reguleres av en spenningsregulator.

 

Termiske kraftverk bruker kull og petroleum til å generere elektrisitet, vannkraftverk bruker vannkraft, og kjernekraftverk er nye kraftstasjoner som bruker energien i kjernen til å generere elektrisitet. Kjernekraftverk kan grovt deles inn i to deler: den ene er atomøya som bruker kjernekraft til å produsere damp, inkludert reaktorenheten og primærsystemet; Den andre er en konvensjonell øy som bruker damp til å produsere elektrisitet, inkludert en turbo- generatorsystem.

Drivstoffet som brukes i kjernekraftverk er uran. Uran er et svært tungmetall. Kjernebrensel laget av uran er fisjon i en enhet som kalles en reaktor, som produserer mye varmeenergi. Denne varmeenergien utføres av vann under høyt trykk, og damp produseres i en dampgenerator, som driver en gassturbin til å spinne med en generator. Elektrisitet produseres kontinuerlig og sendes vidt og bredt gjennom det elektriske nettet. Dette er hvordan den vanligste typen trykkvannsreaktor kjernekraftverk fungerer.

I utviklede land har kjernekraft blitt utviklet i flere tiår og har blitt en moden energikilde. Kinas atomindustri har utviklet seg i over 40 år, og den har etablert et ganske komplett kjernefysisk brenselssyklussystem fra geologisk undersøkelse, gruvedrift til komponentbehandling og reprosessering. Den har bygget opp mange typer atomreaktorer, og har mange års erfaring med sikkerhetsstyring og drift, samt et komplett faglig og teknisk team. Bygging og drift av kjernekraftverk er en kompleks teknologi. Landet er allerede i stand til å designe, bygge og drifte sine egne atomkraftverk. Qinshan kjernekraftverk ble forsket på, designet og bygget av Kina selv.

 

Elektrisitet produseres i kraftverk. Vi kjenner til kullkraftverk som går på kull eller olje, vannkraftverk som går på vann, og små eller eksperimentelle anlegg som produserer strøm fra vind, sol, geotermisk energi, tidevann, bølge og metan. Kjernekraftverk er nye typer kraftverk som er avhengige av energien i kjernen for å produsere elektrisitet i stor skala.

Drivstoffet som brukes i kjernekraftverk er uran. Uran er et svært tungmetall. Kjernebrensel laget av uran er fisjon i en enhet som kalles en reaktor og produserer mye varmeenergi. Denne varmeenergien utføres av vann under høyt trykk. Den produseres i dampgeneratorer og sendes vidt og bredt av elektriske nett. Slik fungerer de vanligste atomkraftverkene for trykkvannsreaktorer.

 

For rundt 100 år siden oppdaget forskere at visse stoffer sender ut tre typer stråling: alfa (alfa) stråler, beta (beta) stråler og gamma (gamma) stråler.

Senere studier viste at alfastråler var strømmer av alfapartikler (heliumkjerner) og betastråler var strømmer av beta-partikler (elektroner), samlet kjent som partikkelstråling. Det samme gjelder nøytronstråler, kosmiske stråler osv. Gammastråler er elektromagnetiske bølger med svært kort bølgelengde som kalles elektromagnetisk stråling. Det samme gjelder røntgen og så videre.

De vanlige egenskapene til disse strålene er:

1. De har en viss evne til å penetrere materie;

2. mennesker kan ikke oppfatte de fem sansene, men kan gjøre den fotografiske platen følsom;

3. bestråling til noen spesielle stoffer kan avgi synlig fluorescens;

4. Ionisering oppstår når den passerer gjennom stoffet.

Stråler har visse effekter på levende organismer hovedsakelig gjennom ionisering.

Stråling er ikke å frykte. Det er stoffer i maten vi spiser, husene vi bor i, og til og med i kroppen vår som avgir stråling. Vi mottar alle en viss mengde stråling når vi bruker lysende klokker, tar røntgen, flyr i et fly og røyker. Imidlertid kan for høy stråledose forårsake skadelige effekter.

 

En kjernefysisk reaktor er en enhet som opprettholder og kontrollerer kjernefysisk fisjonskjedereaksjon, og dermed muliggjør konvertering av kjerneenergi til varmeenergi.

Trykkvannsreaktoren for kjernekraftverk har et tykt stålrørsskall med flere vanninntak og -uttak i midjen, kalt trykkbeholderen. Trykkbeholderen til 900 MW trykkvannsreaktoren er 12 meter høy, 3,9 meter i diameter, og veggen er omtrent 0,2 meter tykk.

Inne i trykkbeholderen er reaktorkjernen, som er sammensatt av drivstoffsamling og kontrollstangenhet. Vann strømmer gjennom hullene mellom dem. Vannet gjør to ting her: det bremser nøytronene slik at de kan absorberes av uran-235-kjernene, og det tar varme ut av dem. En 900MW PWR inneholder vanligvis 157 brenselelementer som inneholder omtrent 80 tonn urandioksid.

Toppen av trykkbeholderen er utstyrt med en styrestangdrivmekanisme, som kan realisere reaktoråpning, avstengning (inkludert nødstans) og effektregulering ved å endre posisjonen til styrestangen.

 

Generelt sett inntreffer en atomulykke i et kjernefysisk anlegg (som et kjernekraftverk), som resulterer i utslipp av radioaktive materialer og utsetter arbeidere og publikum for eksponering som overskrider eller tilsvarende de foreskrevne grensene. Det er åpenbart et bredt spekter av alvorlighetsgraden av atomulykker. For å ha en enhetlig standard for forståelse, har det internasjonale samfunnet klassifisert syv nivåer av sikkerhetsbetydende hendelser i atomanlegg.

Som det fremgår av tabellen, er bare nivåene 4-7 referert til som "ulykker". En ulykke over nivå 5 krever implementering av en nødplan utenfor stedet. Det har vært tre slike ulykker i verden, nemlig Tsjernobyl-ulykken i Sovjetunionen, Wentzcale-ulykken i Storbritannia og Three Mile Island-ulykken i USA.

 

De fleste planter i Kina er slik

1) Reaktorbygning: inkludert internt og eksternt inneslutningskar og intern struktur samt kjernesmeltefanger. Reaktorbygningen er en tolags sylindrisk struktur, som inneholder og støtter hovedfasilitetene knyttet til primærkretsen (inkludert trykkbeholderen og hovedkjølekretsen, inkludert hovedpumpe, fordamper og trykkbeholder). Reaktorens drivstoffkammer og internt struktur. Hjelpeutstyr. Anleggets hovedfunksjon er å forhindre innvirkning av eksterne hendelser på interne reaksjoner og sikre at det ikke oppstår lekkasjer. Inkludert den primære kretsen ulykke tap av vann, slik at trykket og temperaturen i anlegget.

1.1) Inneslutning: Inneslutningen er en dobbelveggstruktur, der den indre veggen består av forspent betongtønne og betongkuppel, og innsiden er foret med stål for å sikre tetting. Den ytre inneslutningen motstår ytre påvirkning. Den ytre og indre beholder er isolert av et 1,8-meter bredt ringområde, som er under negativt trykk for å samle opp lekkasje etter en lekkasjeulykke og sikre at lekkasje filtreres før den slippes ut inn i atmosfæren. Den doble inneslutningen anses å være en effektiv beskyttelse av miljøet i tilfelle en alvorlig ulykke.

1.2) Intern struktur: Hovedfunksjonen er å gi støtte til reaktortrykkbeholderen og støtte for hjelpeutstyr; Biologisk beskyttelse av personell og utstyr; For å forhindre innvirkning av rørslag og prosjektiler på inneslutning, kretser og sikkerhetssystemer.

1.3) Strukturbeskrivelse: Innvendig struktur er armert betongkonstruksjon, inkludert primær skjermingsvegg, sekundær skjermingsvegg, reaktortankkammer; Gulv og vegg.

1.4) Kjernesmeltefelle: Plassert under kjerne CVCS- og VDS-systemet, er den delt inn i tre deler, bestående av den nedre pit, kjernesmelteekspansjonskanal og ekspansjonsområde. Overflaten er dekket med finsteinbetong. Nederst er en sirkulerende vannsystem for å avkjøle det smeltede materialet i tilfelle en ulykke, og vannet kommer fra en tank.

2) Sikkerhetsverksted: Sikkerhetsverksted 1&4 er delt inn i 9 lag, som er arrangert på begge sider av inneslutningen; Anlegg 2&3 er delt inn i 8 lag, arrangert sammen, ved hjelp av doble vegger. Ytterveggene er skilt fra hver etasje i verkstedet, og dørene til verkstedet bør ha adgangskontrollsystem.

3) Brenselbygning: plassert i reaktorbygget og sikkerhetsbygg 2, 3 motsatt posisjon, og reaktorbygget og sikkerhetsbygget plassert på et flåtefundament. 9 etasjer (0.00-19.5m sone). Vestsiden er bassenget for brukt brensel og tilhørende fasiliteter. På østsiden er avfallsgassfilteret. Vedta dobbel vegg, døren skal ha adgangskontrollsystem.

4) Kjernefysisk hjelpebygg: Hjelpesystemer som er nødvendige for kraftverksdrift og ikke har noe med sikkerhet å gjøre er satt opp i kjernefysisk hjelpebygg, og noen vedlikeholdsområder settes opp. Det er en armert betongkonstruksjon, fundamentet er skilt fra flåtefundamentet til anlegget, og skjermingskonstruksjonen er satt rundt det radioaktive utstyret og den systematiske isolasjonen. Tilstrekkelig biologisk isolasjon er gitt.

5) Tilgang til anlegget: Grunnanlegget er utstyrt med nødvendig utstyr og fasiliteter for å sikre sikker tilgang for personell til atomøya. Grunnlaget for inn- og utreise fra anlegget er nær fundamentet til atomøya, og setningsledd er satt til å tillate den relative forskyvningen.

6) Radioaktivt avfallsanlegg: det er delt inn i radioaktivt avfallsanlegg (HQB) og radioaktivt avfallslagringsanlegg (HQS), som kan samle inn, lagre og behandle flytende og fast radioaktivt avfall. For de to enhetene er den direkte forbundet med kjernefysisk hjelpeanleggsbygning til enhet 1, som brukes til å lagre og transportere harpiksavfall og samle inn, midlertidig lagring, transportere avfallsvæske. Et varmerør er koblet mellom den radioaktive avfallsbygningen og hjelpebygningen av nr. 2 enhet (2HQS) for å transportere avfallsvæsken av nr. 2 enhet.

7) Nøddieselmaskinrom: (HD) er en armert betongkonstruksjon. Dens armert betong flåte base, underjordisk del og

yttervegg er vanntett med asfalt isolasjonsmateriale. Gulvene, veggene og takflatene som brukes til å huse diesellagringstankene og dieseltankrommene er pusset med sementmørtel blandet med oleofobe materialer.

8) Sikkerhetsanlegg vannpumperom: for betongkonstruksjonen bør design av armert betongkonstruksjon, samsvarsforhold og prosess ha nok holdbarhet til å sikre at hoveddelen av strukturen kan forhindre erosjon av grunnvann og sjøvann, all betongoverflaten i kontakt med vann bør bruke fin forskaling, andre steder kan bruke grov forskaling.

 

Kjernekraftverk bruker svært lite kjernebrensel for å produsere store mengder elektrisitet, og kostnaden per kilowattime elektrisitet er mer enn 20 prosent lavere enn for kullkraftverk. Kjernekraftverk kan også redusere mengden drivstoff som transporteres kraftig. For eksempel vil et kullkraftverk på 1 million kilowatt forbruke 3 til 4 millioner tonn kull i året, mens et kjernekraftverk med samme kraft vil kreve bare 30 til 40 tonn uran. En annen fordel med kjernekraft er at den er ren, forurensningsfri og gir tilnærmet null utslipp, noe som er perfekt for Kina, som er i rask utvikling og er under stort miljøpress.

I 2007 genererte Kina 62,862 milliarder KWH kjernekraft og 59,263 milliarder KWH elektrisitet, opp henholdsvis 14,61 prosent og 14,39 prosent fra år til år. Tianwan-atomkraftverket med to enheter på 1,06 millioner kW ble satt i kommersiell drift i henholdsvis mai og august 2007, noe som bringer det totale antallet kjernekraftenheter i drift i Kina til 11, med en total installert kapasitet på 9,078 millioner kW.

Ved utgangen av 2007 hadde Kinas installerte elektriske kraftkapasitet nådd 713 millioner kW, og landets elektrisitetstilførsel og etterspørsel forble i en samlet balanse. Kinas installerte kjernekraftkapasitet har nådd 8,85 millioner kilowatt.

I 2007 vokste den installerte kapasiteten for vannkraft og termisk kraft med mer enn 10 prosent, og nådde henholdsvis 145 millioner kW og 554 millioner kW. I mellomtiden doblet den totale installerte kapasiteten til nettilkoblet vindkraft seg til 4,03 millioner kW.

Kina har begynt å slappe av sin kjernekraftpolitikk, og har lenge understreket en "begrenset" utvikling av industrien. Siden 2003 har Kina opplevd en generell energikrise. I dette tilfellet er det innenlandske kravet om å kraftig utvikle kjernekraftindustrien stadig sterkere. Denne siste uttalelsen på høyt nivå om kjernekraftutvikling er utvilsomt verdig å bekrefte, siden den etablerer en strategisk posisjon for kjernekraftindustrien, som ikke bare er positiv for å løse Kinas langsiktige energispenninger, men også en ideell måte å opprettholde Kinas strategisk avskrekkingsevne i fredstid, drepe to steiner med en smekk.

Kina har i dag en total installert kapasitet på 8,7 gigawatt kjernekraftverk i bygging eller under bygging. Det er anslått at Kinas installerte kjernekraftkapasitet vil være omtrent 20 gigawatt innen 2010 og 40 gigawatt innen 2020. Innen 2050, ifølge estimater fra forskjellige avdelinger, kan Kinas installerte kjernekraftkapasitet deles inn i tre scenarier: høy, middels og lav: Det høye scenariet er 360 gigawatt (omtrent 30 prosent av Kinas totale installerte kraftkapasitet), middelscenarioet er 240 gigawatt (omtrent 20 prosent av Kinas totale installerte kraftkapasitet), og det lave scenarioet er 120 gigawatt (omtrent 10 prosent av Kinas totale kapasitet). installert strømkapasitet).

Den nasjonale utviklings- og reformkommisjonen i Kina utarbeider en plan for utvikling av kjernekraft i Kinas sivile industri. Det er forventet at Kinas totale installerte kraftkapasitet vil være 900 millioner KWH innen 2020, og andelen kjernekraft vil utgjøre 4 prosent av den totale kraftkapasiteten, noe som betyr at Kinas kjernekraft vil være 36-40 GW innen 2020 . Det betyr at innen 2020,

Kina vil ha 40 megawatt atomkraftverk tilsvarende Daya Bay.

Ut fra den generelle trenden for kjernekraftutvikling har de teknologiske og strategiske rutene for Kinas kjernekraftutvikling lenge vært klare og blir implementert: trykkvannsreaktor for tiden, rask nøytronreaktor på mellomlang sikt og fusjonsreaktor på lang sikt. Nærmere bestemt vil det i nær fremtid utvikle atomkraftverk med termiske nøytronreaktorer. For å utnytte uranressursene fullt ut, ta i bruk den tekniske ruten for uran-plutonium-syklusen, og utvikle kjernekraftverk for raske reaktorer på mellomlang sikt. På lang sikt vil atomkraftverk for fusjonsreaktorer bli utviklet, slik at i utgangspunktet løse motsetningen av energibehov "for alltid".

 

Med Japan som sentrum har de internasjonale kjernekraftbedriftene dannet en trepartssituasjon: Hitachi fra Japans Fuji Consortium -- GM i USA, Toshiba fra Japans Mitsui Consortium -- Westinghouse i USA, Mitsubishi Heavy Industries fra Japans Mitsubishi Consortium -- Areva fra Frankrike. Den embryonale formen for Japans monopol innen kjernekraftteknologi og -marked har dukket opp, og Kinas energistrategijustering for å akselerere utviklingen av kjernekraftapplikasjoner vil garantert være underlagt Japan .

 

Gjennom historien til kjernekraftutvikling, kjernekraft

kraftverksteknologiprogrammer kan grovt deles inn i fire

generasjoner, nemlig:

 

Utviklingen og byggingen av kjernekraftverk startet på 1950-tallet. I 1954 bygde det tidligere Sovjetunionen et eksperimentelt atomkraftverk med en elektrisk kraftkapasitet på 5 megawatt, og i 1957 bygde USA prototypen av et kjernekraftverk for frakthavn med en elektrisk kraftkapasitet på 90,000 kilowatt. Disse prestasjonene beviste den tekniske gjennomførbarheten av å bruke atomenergi til å generere elektrisitet. Disse eksperimentelle kjernekraftverkene og prototypene omtales internasjonalt som den første generasjonen kjernekraftverk.

 

På slutten av 1960-tallet, basert på eksperimentelle kjernekraftenheter og prototyper, trykkvannsreaktorer, kokevannsreaktorer, tungtvannsreaktorer, grafittvannkjølte reaktorer og andre kjernekraftenheter med en elektrisk kraftkapasitet på 300,000 kW ble bygget etter hverandre, noe som ytterligere beviste den tekniske gjennomførbarheten av kjernekraftproduksjon, samtidig som den beviste den økonomiske effektiviteten til kjernekraft. På 1970-tallet fremmet energikrisen forårsaket av stigende oljepriser den store utbyggingen av kjernekraft. De aller fleste av verdens mer enn 400 atomkraftverk i kommersiell drift ble bygget i denne perioden, tradisjonelt kjent som andregenerasjons atomkraftverk.

 

På 1990-tallet, for å løse den negative virkningen av de alvorlige ulykkene ved atomkraftverkene Three Mile Island og Tsjernobyl, konsentrerte verdens atomkraftindustri sin innsats om å forebygge og begrense alvorlige ulykker. USA og Europa ga suksessivt ut dokumentet "Advanced light water Reactor User Requirements". URD (utility requirement document) og europeiske brukeres krav til Light Water Reactor Nuclear Power Plants (EUR), ytterligere klargjøre forebygging og bekjempelse av alvorlige ulykker, forbedre sikkerhet og pålitelighet, og forbedre menneskelige faktorers tekniske krav.I verden, kjernekraft enheter som oppfyller URD- eller EUR-filen, blir vanligvis referert til som tredje generasjons kjernekraftenheter. Tredje generasjons kjernekraftenheter må være klare for kommersiell bygging innen 2010.

 

I januar 2000, under initiativ fra USAs energidepartement, ti land som var interessert i å utvikle atomenergi, inkludert USA, Storbritannia, Sveits, Sør-Afrika, Japan, Frankrike, Canada, Brasil, Sør-Korea og Argentina, i fellesskap dannet "Fjerde generasjons internasjonale kjerneenergiforum" (GIF). I juli 2001 signerte de en kontrakt om å samarbeide i forskning og utvikling av fjerde generasjons kjernekraftteknologi. Det er sett for seg at fjerde generasjons kjernekraftløsninger vil være tryggere og mer økonomiske, med minimalt med avfall, uten behov for nødhjelp utenfor stedet, og iboende ikke-spredningsevner. Høytemperatur gasskjølte reaktorer, smeltet saltreaktorer og natriumkjølte hurtigreaktorer er fjerde generasjons reaktorer.

Den første generasjonen kjernekraftverk er prototypereaktoren, hvis formål er å verifisere designteknologien og kommersielle utviklingsutsikter til kjernekraftverket. Andre generasjons kjernekraftverk er kommersielle reaktorer med moden teknologi, og de fleste kjernekraftverkene som er i drift tilhører nå andre generasjons kjernekraftverk. Tredje generasjons kjernekraftverk er de som oppfyller kravene i URD eller EUR, med forbedret sikkerhet og økonomi sammenlignet med andregenerasjons atomkraftverk, og tilhører hovedretningen for fremtidig utvikling.

Vi vet allerede at radioaktivitet finnes overalt i naturen, og vi har mottatt stråling fra naturlig bakgrunn. Så hvor kommer denne naturlige strålingen fra? Og i hvilken grad? «Bakgrunnen» til naturlig stråling kommer fra to kilder: stråling i form av høyenergipartikler fra verdensrommet, samlet kjent som kosmiske stråler; Den andre kilden er naturlig radioaktivitet, den radioaktive strålingen som er naturlig tilstede i vanlige stoffer som luft, vann, skitt og steiner, og til og med mat. I tillegg er mennesker i det moderne samfunnet utsatt for all slags menneskeskapt stråling, som røntgen, se på TV, bruke mikrobølgeovner osv. Tabellen nedenfor viser ulike typer bakgrunnsstråling i henhold til størrelsen på strålingen. Det kan ses fra tabellen at mennesker som spiser, bruker, lever og reiser vil motta en liten mengde radioaktiv stråling, blant annet er strålingen fra atomkraftverk svært liten og kan ignoreres fullstendig.

 

Effekten av stråling på menneskekroppen begynner i cellene. Det fremskynder celledød, hemmer dannelsen av nye celler, eller forårsaker celledeformiteter, eller endringer i kroppens biokjemiske reaksjoner. Ved lave stråledoser har menneskekroppen selv en viss evne til å reparere stråleskader og kan reparere de ovennevnte reaksjonene uten å vise skadelige effekter eller symptomer. Men hvis dosen er for høy, utover reparasjonsevnen til organene eller vevet i kroppen , vil det forårsake lokale eller systemiske lesjoner. Tabellen nedenfor viser de for tiden internasjonalt anerkjente biologiske effektene av stråling. Det kan sees at menneskekroppen tåler en konsentrert dose på 25 rems uten skade. Selvfølgelig er hver persons evne til motstand og konstitusjon forskjellig.