核力發(fā)電基本設(shè)備

核電站除了關(guān)鍵設(shè)備——核反應(yīng)堆外，還有許多與之配合的重要設(shè)備。以壓水堆核電站為例，它們是主泵，穩(wěn)壓器，蒸汽發(fā)生器，安全殼，汽輪發(fā)電機(jī)和危急冷卻系統(tǒng)等。它們在核電站中有各自的特殊功能。

如果把反應(yīng)堆中的冷卻劑比做人體血液的話，那主泵則是心臟。它的功用是把冷卻劑送進(jìn)堆內(nèi)，然后流過蒸汽發(fā)生器，以保證裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱量及時傳遞出來。

又稱壓力平衡器，是用來控制反應(yīng)堆系統(tǒng)壓力變化的設(shè)備。在正常運(yùn)行時，起保持壓力的作用；在發(fā)生事故時，提供超壓保護(hù)。穩(wěn)壓器里設(shè)有加熱器和噴淋系統(tǒng)，當(dāng)反應(yīng)堆里壓力過高時，噴灑冷水降壓；當(dāng)堆內(nèi)壓力太低時，加熱器自動通電加熱使水蒸發(fā)以增加壓力。

它的作用是把通過反應(yīng)堆的冷卻劑的熱量傳給二次回路水，并使之變成蒸汽，再通入汽輪發(fā)電機(jī)的汽缸作功。

用來控制和限制放射性物質(zhì)從反應(yīng)堆擴(kuò)散出去，以保護(hù)公眾免遭放射性物質(zhì)的傷害。萬一發(fā)生罕見的反應(yīng)堆一回路水外逸的失水事故時，安全殼是防止裂變產(chǎn)物釋放到周圍的最后一道屏障。安全殼一般是內(nèi)襯鋼板的預(yù)應(yīng)力混凝土厚壁容器。

核電站用的汽輪發(fā)電機(jī)在構(gòu)造上與常規(guī)火電站用的大同小異，所不同的是由于蒸汽壓力和溫度都較低，所以同等功率機(jī)組的汽輪機(jī)體積比常規(guī)火電站的大。

為了應(yīng)付核電站一回路主管道破裂的極端失水事故的發(fā)生，近代核電站都設(shè)有危急冷卻系統(tǒng)。它是由安全注射系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)組成。一旦接到極端失水事故的信號后，安全注射系統(tǒng)向反應(yīng)堆內(nèi)注射高壓含硼水，噴淋系統(tǒng)向安全殼噴水和化學(xué)藥劑。便可緩解事故后果，限制事故蔓延。

注射系統(tǒng)：當(dāng)核電站一回路系統(tǒng)的管道或設(shè)備發(fā)生破損事故后，安全注射系統(tǒng)用來向堆芯緊急注入高硼冷卻水，防止堆芯因失水而造成燒毀。

安全注射系統(tǒng)設(shè)有兩套安全注射管系。一套為安全注射箱管系，在安全注射箱內(nèi)儲有一定容積的高硼水，并用氮?dú)獬鋲?，使注射箱?nèi)維持恒定的壓力。當(dāng)一回路系統(tǒng)一旦發(fā)生大破裂事故，其壓力低于安全注射箱的壓力時，安全注射箱內(nèi)的硼水就通過止水閥自動注入一回路系統(tǒng)。另一套為安全注射泵管系，當(dāng)一回路系統(tǒng)因發(fā)生破損事故而壓力下降至一定值時，安全注射泵就自動啟動，將換料水箱內(nèi)的硼水注射至一回路系統(tǒng)，換料水箱內(nèi)的硼水被汲完后，安全注射泵可改汲從一回路系統(tǒng)泄露至安全殼底部的地坑水，使硼水仍能連續(xù)不斷地注入一回路系統(tǒng)冷卻堆芯。

在電站失去外電源情況下，安全注射泵的電源可由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組自動供電。

安全殼噴淋系統(tǒng)：在核電站發(fā)生失水事故或二回路主蒸汽管道破裂事故時，安全殼內(nèi)充滿了帶放射性高壓蒸汽，安全殼噴淋系統(tǒng)將用來降低安全殼內(nèi)壓力和溫度，使放射性蒸汽凝結(jié)下來。

在安全殼的上部設(shè)有相當(dāng)數(shù)量的噴淋頭，當(dāng)安全殼內(nèi)由于發(fā)生主管道破損事故而蒸汽壓力升高時，安全殼噴淋系統(tǒng)的泵就自動啟動，將換料水箱內(nèi)的硼水和NaOH貯箱內(nèi)供除碘用的NaOH溶液一起汲入，以一定的比例混合，再由噴淋頭噴入安全殼內(nèi)。當(dāng)換料水箱的水被用盡后，噴淋泵可改汲安全殼內(nèi)的地坑水。此時，地坑水先由設(shè)備冷卻水冷卻后再重新噴淋至安全殼內(nèi)。

在核電站斷電情況下，安全噴淋泵的電源也由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組自動供電。

核電站以核反應(yīng)堆來代替火電站的鍋爐，以核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生特殊形式的“燃燒”產(chǎn)生熱量，使核能轉(zhuǎn)變成熱能來加熱水產(chǎn)生蒸汽。利用蒸汽通過管路進(jìn)入汽輪機(jī)，推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，使機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。一般說來，核電站的汽輪發(fā)電機(jī)及電器設(shè)備與普通火電站大同小異，其奧妙主要在于核反應(yīng)堆。

核反應(yīng)堆，又稱為原子反應(yīng)堆或反應(yīng)堆，是裝配了核燃料以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模可控制裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置。

原子由原子核與核外電子組成。原子核由質(zhì)子與中子組成。當(dāng)鈾235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質(zhì)量較小的原子核，同時放出2—3個中子。這裂變產(chǎn)生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變。如此持續(xù)進(jìn)行就是裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生大量熱能。用循環(huán)水(或其他物質(zhì))帶走熱量才能避免反應(yīng)堆因過熱燒毀。導(dǎo)出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機(jī)發(fā)電。由此可知，核反應(yīng)堆最基本的組成是裂變原子核+熱載體。但是只有這兩項(xiàng)是不能工作的。因?yàn)?，高速中子會大量飛散，這就需要使中子減速增加與原子核碰撞的機(jī)會；核反應(yīng)堆要依人的意愿決定工作狀態(tài)，這就要有控制設(shè)施；鈾及裂變產(chǎn)物都有強(qiáng)放射性，會對人造成傷害，因此必須有可靠的防護(hù)措施。綜上所述，核反應(yīng)堆的合理結(jié)構(gòu)應(yīng)該是：核燃料+慢化劑+熱載體+控制設(shè)施+防護(hù)裝置。

為了保護(hù)核電站工作人員和核電站周圍居民的健康，核電站必須始終堅持“質(zhì)量第一，安全第一”的原則。核電站的設(shè)計、建造和運(yùn)行均采用縱深防御的原則，從設(shè)備、措施上提供多等級的重疊保護(hù)，以確保核電站對功率能有效控制，對燃料組件能充分冷卻，對放射性物質(zhì)不發(fā)生泄漏。縱深防御原則一般包括五層防線，第一層防線：精心設(shè)計、制造、施工，確保核電站有精良的硬件環(huán)境。建立周密的程序，嚴(yán)格的制度，對核電站工作人員有高水平的教育和培訓(xùn)，人人注意和關(guān)心安全，有完備的軟件環(huán)境。第二層防線：加強(qiáng)運(yùn)行管理和監(jiān)督，及時正確處理異常情況，排除故障。第三層防線在嚴(yán)重異常情況下反應(yīng)堆正常的控制和保護(hù)系統(tǒng)動作，防止設(shè)備故障和人為差錯造成事故。第四層防線：發(fā)生事故情況時，啟用核電站安全系統(tǒng)包括各外設(shè)安全系統(tǒng)加強(qiáng)事故中的電站管理，防止事故擴(kuò)大保護(hù)反應(yīng)堆廠房安全殼。第五層防線萬一發(fā)生極不可能發(fā)生的事故并伴有放射性外泄啟用廠內(nèi)外應(yīng)急響應(yīng)計劃努力減輕事故對周圍居民和環(huán)境的影響。

安全保護(hù)系統(tǒng)均采用獨(dú)立設(shè)備和冗余布置， 均備有事故電源，安全系統(tǒng)可以抗地展和在蒸汽— 空氣及放射性物質(zhì)的惡劣環(huán)境中運(yùn)行。核電站運(yùn)行人員須經(jīng)嚴(yán)格的技術(shù)和管理培訓(xùn)，通過國家核安全局主持的資格考試，獲得國家核安全局頒發(fā)的運(yùn)行值崗操作員或高級操作員執(zhí)照才能上崗，無照不得上崗。執(zhí)照在規(guī)定期內(nèi)有效， 過期后必須申請核發(fā)機(jī)關(guān)再次審查。

萬一發(fā)生了核外泄事故，應(yīng)啟動應(yīng)急計劃。應(yīng)急計劃的內(nèi)容主要包括：疏散人員，封閉核污染區(qū)（核反應(yīng)堆及核電站），清除核污染，以保證人身安全和環(huán)境清潔。

按照縱深防御的原則，在核燃料和環(huán)境外部空氣之間設(shè)置了四道屏障。即第一道屏障：燃料芯塊核然料放在氧化鈾陶瓷芯塊中，并使得大部分裂變產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物95%以上保存在芯塊內(nèi)。第二道屏障：燃料包殼，燃料芯塊密封在鉛合金制造的包殼中構(gòu)成核燃料芯棒錯合金，具有足夠的強(qiáng)度且在高溫下不與水發(fā)生反應(yīng)。第三道屏障：壓力管道和容器冷卻劑系統(tǒng)將核燃料芯棒封閉在20cm以上的鋼質(zhì)耐高壓系統(tǒng)中避免放射性物質(zhì)泄漏到反應(yīng)堆廠房內(nèi)。第四道屏障：反應(yīng)堆安全殼用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)筑壁厚近100cm，內(nèi)表面加有6mm的鋼襯，可以抗御來自內(nèi)部或外界的飛出物，防止放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。

核電站的選址要求非常高，選址需非常慎重。根據(jù)國際上通行的關(guān)于核電站選址有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全、環(huán)境和社會四原則。

經(jīng)濟(jì)原則核電站能夠有足夠的資金來建設(shè)和運(yùn)行，所服務(wù)的地區(qū)要有足夠的用電需求，所以核電站常常選址經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)。

后面三個原則則有著密切的相互聯(lián)系。核電站必須建在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的相對偏遠(yuǎn)地區(qū)，50公里以內(nèi)不能有大中型城市。要求廠址深部必須沒有斷裂帶通過，而且要求核電站數(shù)千米范圍內(nèi)沒有活動斷裂，廠址100千米海域、50千米內(nèi)陸，歷史上沒有發(fā)生過6級以上地震，廠址區(qū)600年來也沒有發(fā)生6級地震的構(gòu)造背景。從核安全的角度來看，核電站選址必須考慮到公眾和環(huán)境免受放射性事故釋放所引起的過量輻射影響，同時要考慮到突發(fā)的自然事件或人為事件對核電廠的影響，所以，核電站必須選在人口密度低，易隔離的地區(qū)。

另外，核電站在運(yùn)行過程中要產(chǎn)生巨大熱量，所以核電站的選址必須靠近水源，最好是靠海，這也是大型核電站都建在海邊的一個重要原因，并且靠海還可以解決大件設(shè)備運(yùn)輸問題。萬一發(fā)生危險，在平的海岸線和放射物均勻發(fā)散的情況下，污染陸地面積只是完全在內(nèi)陸的一半。但是建在海邊有利的同時也多出一個風(fēng)險，就是海嘯或者臺風(fēng)帶來大浪的可能。通常會建設(shè)防波堤來抵御巨浪的沖擊。但是防波堤只能抵御一定程度的沖擊，如果是比較大的海嘯的話，防波堤無能為力，很可能產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。2011年3月11日日本9級大地震及海嘯導(dǎo)致核泄露就是一例。

從上述要求來看，內(nèi)陸地區(qū)核電選址更要慎重，因?yàn)閮?nèi)陸地區(qū)的水源全部為淡水，并且?guī)缀跛械拇蠼蠛佣贾苯酉蛑苓叧鞘泄?yīng)生活用水，在這種情況下建設(shè)核電站，一旦發(fā)生泄漏事故，后果不堪設(shè)想。