反應堆冷卻

冷卻劑的特點是，具有良好的傳熱性和流動性，高沸點、低熔點、泵送功率低，對熱和輻射有良好的穩定性，在反應堆系統下不產生腐蝕，感生放射性低，中子俘獲截面小。

火電廠之類的常規發電裝置在設備出現破損或沒有操作人員的情況下，會自動停止運行，如果沒有燃料補給，不會給環境帶來更多的不良影響。但是，核電廠通常的前提條件是：需要操作人員；外部提供電力；設計出各種安全系統。在反應堆冷停堆狀態，不僅外部供電是必要的條件，要維持冷停堆狀態，還需要長期對堆芯進行冷卻。

基本介紹

• 中文名：反應堆冷卻
• 外文名：Reactor cooling
• 領域：物理學

簡介

反應堆冷卻，其中冷卻劑的特點是，具有良好的傳熱性和流動性，高沸點、低熔點、泵送功率低，對熱和輻射有良好的穩定性，在反應堆系統下不產生腐蝕，感生放射性低，中子俘獲截面小。常用的冷卻劑分氣體和液體兩類。氣體冷卻劑有二氧化碳和氦氣。其優點是選擇工作壓強和溫度時，可以完全獨立地進行，因而能實現高溫低壓運行；缺點是泵送功率大。液體冷卻劑有輕水、重水和液態金屬。後者具有熱導率高、蒸氣壓低的特點。快增殖堆常用液態鈉作冷卻劑。液態鈉熔點較低（98℃），熱導率高，但有一定腐蝕性，能使迴路管道因質量遷移而堵塞。此外，鈉吸收中子後會產生強放射性24Na，而且鈉很活潑，遇水即爆炸，故在設計熱交換器時要特別注意。

鈉

背景

2011年3月11日發生的福島第一核電站事故顛覆了不會發生反應堆重大事故的定論。此前，常常聽到，反應堆中鈾裂變產生的放射性物質由5道屏障密閉，不會對核電廠外造成影響。這種“神話”在此次事故中如此脆弱地崩潰，如所了解到的那樣，始於反應堆堆芯的損傷，因堆芯氣體和污染水蒸汽的排放，大量放射性釋放到大氣環境，放射污染水也流人海里。

此次事故始於地震和海嘯導致的長時間停電，最終因堆芯衰變熱而使堆芯遭遇破壞，即當發生長時間停電，像福島第一核電站這樣的事故在所有核電廠中都有可能發生。例如在恐怖活動或戰爭出現長時間停止輸電時，或在應急用發電設備燃料缺失以及運行人員受阻，即使不發生自然災害時，反應堆也會輕易地遭到破壞已得到驗證。另外，在布置有多座反應堆的核電廠中，當任何一座反應堆遭到破壞，高放射性釋放到環境的情況下，作業人員會長時間不能進入核電廠，所以，其他所有的反應堆也有發生堆芯破壞的可能。

火電廠之類的常規發電裝置在設備出現破損或沒有操作人員的情況下，會自動停止運行，如果沒有燃料補給，不會給環境帶來更多的不良影響。但是，核電廠通常的前提條件是：需要操作人員；外部提供電力；設計出各種安全系統。在反應堆冷停堆狀態，不僅外部供電是必要的條件，要維持冷停堆狀態，還需要長期對堆芯進行冷卻。將反應堆保持在這種狀態，即使什麼也不做，在停堆後堆芯不能遭到破壞的時間仍需持續l0-30a。在此期間，在戰爭或大災害等情況下，要充分考慮的條件是向反應堆供電和需要運行人員的操作。現有的反應堆沒有對這樣的情況做出假設，對於外部危害，只能說是脆弱。經歷過地震和海嘯之類的自然災害，這種脆弱性在福島核電站等事故中已得到證明。

福島核電站事故已經證明，在反應堆自動停堆之後，在沒有外部援助的情況下，必須有一種對反應堆進行冷卻達10a以上的系統。這種系統不僅是新建的反應堆需要，對現有的反應堆也是不可缺少的。另外，如果反應堆主要設施在運行，即使喪失了外部電力或燃料以及人力的援助，也需要持續自動地對堆芯進行冷卻。另外，在長時間無供電的情況下，處於停止運行並保持在 以下的所謂冷停堆狀態的反應堆，也會發生同樣的事故。

反應堆冷卻劑系統

在壓水堆反應堆冷卻劑系統中，冷卻劑分別由每條環路的一台主泵驅動，從環路的冷段進入反應堆，在反應堆內由下向上經過堆芯並被加熱。然後，高溫的反應堆冷卻劑從堆芯上部的反應堆出口分別經過各環路的熱段進入各自的蒸汽發生器一次側，在流過蒸汽發生器的傳熱管時，將熱量傳遞給二次側給水並使之產生飽和蒸汽供二迴路使用。被二迴路給水冷卻了的反應堆冷卻劑離開蒸汽發生器，經由過渡段返回到主泵的入口構成反應堆冷卻劑的循環。

冷卻劑

主要功能

反應堆冷卻劑系統的主要功能如下：
(1)熱量傳遞

使冷卻劑循環流動，將堆芯中核裂變產生的能量通過蒸汽發生器傳給二迴路，同時冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀或毀壞。
(2)中子慢化劑

冷卻劑為輕水，使裂變產生的快中子減速成為熱中子，以維持鏈式裂變反應，同時起到反射層的作用，使泄漏出堆芯的部分中子反射回來。
(3)反應性控制

冷卻劑中的硼酸可吸收中子，因此通過調整硼濃度可控制反應性(主要用於補償氙效應和燃耗)。
(4)壓力控制

系統中的穩壓器用於控制冷卻劑壓力，以防止堆芯中發生不利於燃料元件傳熱的偏離泡核沸騰現象。
(5)放射性屏障

系統的壓力邊界作為裂變產物放射性的第二道屏障，在燃料元件包殼破損泄漏時，可防止放射性物質外逸。

故障診斷的要求

對於核電站這種大型複雜的工業系統來說，及時發現故障是非常重要的。系統在穩定運行時，其參數都是基本保持穩定的，一旦有故障發生，就會有一些相關參數發生變化，這樣就可以根據這些參數的變化情況來對系統的狀態進行診斷。因此故障診斷就是要實時地識別現場參數的變化特徵，並與已知的事故過程特徵進行比較，從而得到診斷結果。

人們對故障的認識是—個由淺入深的過程，在對故障不斷加深理解的同時，由於新的診斷技術的出現和企業的要求，對於同一故障會有更好的診斷方法出現，或對原來沒有辦法診斷的故障有了診斷的方法，如果每次變化都要新編寫軟體系統，即耗時又費力。因此需要開發容易擴充結構和功能的故障診斷軟體系統。
診斷的準確率對於故障診斷來說至關重要。漏診是故障發生但診斷系統卻未能發現；誤診是故障未發生但診斷系統卻報告發現故障，或將—種故障診斷為另一種故障。這兩種情況都會降低診斷的準確率。
基於上述原因，核電站故障診斷系統應具有以下特點：

（1）診斷速度快，能夠實時處理；

（2）漏診率和誤診率儘量小；

（3）不斷更新，可擴展性能好。