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中国“名片” 大国重器

——“华龙一号”核电站

“华龙一号”是中国经过30多年潜心研发,具有自主知识产权的第三代百万千瓦级压水堆核电站,是中国走向世界的“名片”之一!

探秘“国之重器”

由于石油、天然气、煤等化石能源逐渐枯竭,人类正积极开发风能、太阳能、生物能等新能源,但新能源还无法完全替代化石能源。核电作为优化能源结构、保障能源安全、满足电力需求的最好选择,具有安全、清洁、高效、经济的优点,能满足绿色生态的发展要求,被人类重视并发展起来。

核电站是以核反应堆代替锅炉,以铀为核裂变原料,通过核裂变反应生成热能,再把热能转化为电能的设施。常见的核反应堆有轻水堆、重水堆、改进型气冷堆、快堆等。其中轻水堆按照蒸汽产生过程不同,还分为沸水堆、压水堆及超临界水冷堆。“华龙一号”属于压水堆核电站,以水作为冷却剂和慢化剂,世界60%以上的核电站都是这种类型。

核电站厂房内部结构图

“华龙一号”采用单堆布置,机组之间互不影响,每个机组独立一套系统。它主要由核岛、常规岛及其他辅助厂房构成。核岛是核电站的核心部分,主要包括反应堆厂房、燃料厂房、安全厂房、核辅助厂房、放射性废物处理厂房等;常规岛,主要包括汽轮发电机厂房及其附属厂房;其他辅助厂房,包括泵房、应急柴油发电机厂房、SBO(全厂断电)柴油发电机厂房、BOP(辅助系统)厂房等。

奇妙的能量传递

“华龙一号”压水堆核电站有3个回路系统,它们之间相互独立,通过3个回路的管道进行热交换,完成发电工作。

一回路是核电站最核心的地方,位于核电站堆芯位置,核裂变反应就在这里发生。裂变反应会产生巨大的热量,热量将堆芯的水加热至327摄氏度;随后在主泵的推动下,高温高压水流在一个叫作蒸汽发生器的设备里将自身热量传导出去,之后再回到堆芯重新吸收热量。

一回路中传导出来的热量把二回路的水加热成蒸汽,蒸汽就能推动汽轮机转动进行发电,之后蒸汽再被冷却剂液化成水。

 核电站选址的必备条件

最后一个三回路,则是通过水泵将大量冷却水输送到冷凝器中,在冷凝器里带走二回路的蒸汽的热量,让蒸汽冷凝成水。冷却水多使用江河、海水,水泵不停地将水输送进来作为冷却剂,带走热量后被排回江河、海中,这也是核电站需要选在有水源的地方的原因。

独一无二的中国“芯”

知道了核电站的能量传递方式,核裂变反应又是怎么发生的呢?铀-235原子核在中子的轰击下,会分裂成两个(偶尔3个)较轻的原子核,同时放出两个(有时3个)新的中子并释放出巨大能量,这就是核裂变。裂变产生的新的中子又可以引发新的核裂变,就能持续地发出能量,这个过程叫作链式裂变反应。“华龙一号”就是以铀-235为核裂变燃料的。

作为拥有完全自主知识产权的中国“芯”,“华龙一号”的堆芯设计方案是目前世界上独一无二的。反应堆堆芯由燃料组件及相关组件、对内构件、控制棒驱动机构和反应堆压力容器及其支承、保温层和堆顶结构组成。总之,核电站发电原理是由核裂变产生热能,热能产生水蒸气,水蒸气带动转子高速转动,从而产生电能,其实就是能量传递和转换的过程。

 铀-235原子的核裂变链式反应

世界上最强的安全铠甲

为保证核电站安全运行,“华龙一号”核电站在选址和安全保障方面有着近乎苛刻的要求。首先,要选择自然条件良好的地区,减少自然灾害对核电站的影响。第二,要远离人口密集地区和各类交通要道。第三,因为核电站运行需要大量的水,并需及时把电能输送出去,所以它还需要靠近电力负荷中心和水源。

不仅如此,为了防止核燃料外泄,“华龙一号”自身还穿了4层“防护服”!

中国核电从无到有,从小到大,如今已跻身世界第一方阵,惊艳了全世界。我们期待中国核电实现更大跨越!

 “华龙一号”多层全面的安全屏障

知识拓展  

最厚“铠甲”—双层安全壳

实际上,安全壳结构从内到外共有3层。第一层是由6毫米厚的钢板构成的钢衬里包壳,钢衬里从上到下进行连续布置,主要由4部分组成,分别是底板、截锥体、筒体和穹顶,包裹整个反应堆,其单体重量约1200吨、内直径45米、总高度约60米;在包壳外侧有1200毫米厚的预应力高强钢筋混凝土筒体结构,能够在核事故工况下承受高温高压,防止放射性物质泄漏;在其外侧又有1500毫米厚的钢筋混凝土结构,能够抵御外部大型客机的撞击;两层钢筋混凝土筒体结构中形成1800毫米宽的环廊空间区域,在核电站运营状态下,环廊区域一直是负压状态,能更加確保放射性物质不会泄漏到外部环境中。

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