核反应堆 ,又称为原子能反应堆或反应堆,是能维持可控自持链式核裂变反应,以实现核能利用的装置。合理布置核反应堆核燃料,可以实现在无需补加中子源的条件下,核反应堆可发生自持链式核裂变。反应堆包括裂变堆、聚变堆、裂变和聚变混合堆,从应用角度看,一般是指裂变堆。本文以裂变堆和以发电为目的的发电堆为例。
核反应堆 原理 。原子核与核外电子组成原子,质子与中子组成原子核。当铀235的原子核受到外来中子轰击时,一个原子核会吸收中子分裂成两个质量较小的原子核,同时放出2-3个中子。这些中子又去轰击另外的铀235原子核,引起新的裂变,这就是链式反应。在链式反应的过程中,原子核中的能量会被释放出来。
核反应堆的 组成 :核燃料、使中子慢化以增加与原子核碰撞机会的慢化剂、载热体、按照人的意愿决定工作状态的控制设施、防止对人造成伤害的防护装置、防止各种事故引起核泄漏的安全设施。可分为活性区,反射层,外压力壳和屏蔽层。
其中,活性区是主要的,由核燃料、慢化剂、冷却剂和控制棒等组成。慢化剂。就是用来使快中子能量减少。控制棒(如镉、银、铟等),在反应堆中起到补偿和调节中子反应性以及紧急停堆的作用。冷却剂,由主循环泵驱动,在一个回路中循环,从堆芯带走热量并传给第二回路,使蒸汽发生器产生高温高压蒸汽,以驱动汽轮发电机发电。当前反应堆中,61%是压水堆, 24%是沸水堆,重水堆约占5%。屏蔽层,为了防护中子、γ射线和热辐射,在反应堆和大多数辅助设备周围设置钢、铅、普通混凝土和重混凝土的屏蔽层。
链式反应产生的大量热能,用循环水或其他物质带走热量,使水变成水蒸气,推动汽轮机带动发电机发电。
核能发电与火电站相比,非常清洁,但也存在一些 问题 ,如铀的开采和提纯并非是一个清洁的过程。非正常运行的核电站可能带来大问题。核废料在几百年之内都是有毒的,运输核燃料往返于核电站有一定的风险。
优点 :能量高度集中,燃料费用低廉,综合经济效益好。1公斤铀-235或钚-239提供的能量在理论上相当于2300吨无烟煤,低于常规发电成本,所需的燃料数量少,污染环境较轻。
核能,因为它不需要空气助燃,可作为地下、水中和太空缺乏空气环境下的特殊动力。又由于它耗料少、能量高,可以实现一次装料,长时间供能,作为火箭、人造卫星、宇宙飞船、航空母舰、潜艇等设备的特殊动力。
人类第一台核反应堆诞生于芝加哥大学,叫芝加哥一号堆,因此,芝加哥大学也成为人类的"原子能诞生地"。