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沸水堆反應堆設計

來源: 發布日期:2010-12-03

      象壓水堆一樣,沸水堆的燃料也是濃縮度僅為2%的氧化鈾,它在高溫高壓下被燒結成圓柱形芯塊,裝入鋯合金管中.這些燃料棒被組裝成比在壓水堆中較為松散的組件。燃料棒基本方形排列包括6*6、7*7或8*8,而壓水堆燃料組件為15X15或17X17。鈾的濃縮度也不相同,棒中濃縮鈾的數量與詼棒在陣列中所處的位置有關。這種排列能糾正沸水堆中由毗鄰組件之間水空間引起的畸變。某些棒不含鈾,而僅有水。十字形碳化硼控制棒在四個相鄰燃料組件之間從堆芯底部插入。其抽插依靠液壓系統或電磁螺旋驅動系統。遇有緊急情況,氮氣覆蓋層之下充滿水的蓄壓箱驅動液壓缸,把控制棒彈入堆芯。

      這種反應堆最顯著的特征是,允許冷卻劑水在堆芯內沸騰.離開堆芯的蒸汽必須經過去濕,這個過程在反應堆容器上部進行。象在壓水堆蒸汽發生器中一樣,蒸汽要經過汽水分離器(在旋流葉片中,作用于蒸汽流的離心力迫使水滴甩在外壁上)和人字型干燥器,然后被傳輸到汽輪機,再驅動發電機產生電力。蒸汽在給水廠房冷凝后,形成凝結水,經過再加熱后返回反應堆容器。

      為確保穩定運行,反應堆容器上接有若干條再循環環路,每條環路設一臺泵,該泵從反應堆容器出口接管吸水并排水至人口接管。泵的流量變化可以改變平均水溫和蒸汽泡形成的水平。用這種方法能夠控制中子的慢化條件(密度低的蒸汽替代水或相反),從而控制反應堆的功率水平。在法國壓水堆設計弓1人新的控制系統和先進靈敏的部件之前,這種調節功率水平的能力使得沸水堆勝過它的競爭者。

      因此,初看起來,這種反應堆似乎比壓水堆簡單;它們省去了蒸汽發生器,并在低得多的壓力下運行(70—80巴,而不是150巴)。但是,它們也有自身的不足:反應堆容器更高,更粗;由于設置了再循環回路,在連接壓力容器的蒸汽管道上必須設置安全閥,使得設計更為復雜;此外,堆芯內的沸騰水必須連續凈化,以防止雜質沉積在燃料包殼上,在經過堆芯時必須將可能被活化的雜質用過濾器濾掉。盡管采取這些措施,燃料元件破損造成放射性產物被夾帶于蒸汽中的可能性依然存在。這就要求汽輪機設計必須具有嚴格的密封性能,電廠的常規部分必須劃為易監控區,具有適用于電廠操作人員的保健條例。

      關于電廠安全,象壓水堆設計一樣,針對假設的冷卻劑喪失和蒸汽管道破裂事故,采取了預防措施,這就是為什么要把反應堆(壓力容器和再循環泵)包容在能夠承受各種壓力的鋼制密封安全殼系統之中。蒸汽管道安全閥也置于安全殼之內。

      安全殼系統的設計能使逸出反應堆的蒸汽噴到反應堆容器旁的充水腔室并得到冷凝。簡圖說明了這些設計特點的發展。象壓水堆一樣,也設有幾條管道,把安全殼外的冷水注入反應堆容器以冷卻燃料。同時,通過噴淋包容反應堆容器的腔室而冷卻安全殼自身。

      在最終的分析中,沸水堆的發電成本與壓水堆相當。在為核計劃選擇反應堆設計時,根據法國當時工業情況,持有通用電氣公司許可證的集團公司未能敵得過壓水堆供貨商所提出的價格的競爭。這個問題或價格是決定性的。法國市場雖然廣闊,但就其本身來講畢竟太有限,無法為工業投資提供依據,也許應該同時采用兩種設計。

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