輕水反應堆

水作為冷卻劑及慢化劑的核反應堆

輕水反應堆,(Light Water Reactor),是指使用普通水作為冷卻劑及慢化劑的核反應堆,是目前(截至2011年)世界上核反應堆的主要堆型。現有大部份的商業運轉核能反應爐均為此型式,用鈾製成的核燃料在反應堆內進行裂變並釋放出大量熱能,高壓下的循環冷卻水把熱能帶出,在蒸汽發生器內生成蒸汽,高溫高壓的蒸汽推動汽輪機,進而推動發電機旋轉。

簡介


輕水反應堆
輕水反應堆
輕水反應堆,是以水和汽水混合物作為冷卻劑和慢化劑的反應堆。
輕水堆就堆內載出核裂變熱能的方式可分為壓水堆和沸水堆兩種,是國際上多數核電站所採用的兩種堆型。
1992年運行的413座核電站中,輕水堆核電站約佔64.15%,裝機容量約佔80%,加上正在建設和已經訂貨的輕水堆核電站將佔80%,裝機容量將佔90%。

工作原理


核電原理圖
核電原理圖
輕水反應堆,用輕水作為慢化劑和冷卻劑的核反應堆,包括沸騰水堆和加壓水堆。輕水即一般的水,廣泛地被用於反應堆的慢化劑和冷卻劑。與重水相比,輕水有廉價的長處,此外其減速效率也很高。

技術分類


輕水反應堆分為兩類:壓水反應堆(PWR)與沸水反應堆(BWR)。

壓水反應

一迴路冷卻水在高壓(15×106~16×106Pa)下通過反應堆容器循環運行,一迴路溫度達320℃左右,仍保持液體而不沸騰的反應堆。壓水堆以低濃二氧化鈾作燃料,凈化的核純輕水作冷卻劑和慢化劑。一迴路的冷卻劑將堆芯發出的熱量通過蒸汽發生器把熱量傳遞給二迴路水,併產生蒸汽推動汽輪發電機發電。壓水堆的燃料濃縮度為3%,以鋯合金作包殼,每200多根燃料元件組裝成方型截面燃料組件,安裝在堆芯中。

沸水反應

輕水核反應堆中的一種,它以輕水(經凈化的普通水)作冷卻劑和慢化劑,允許一迴路水在堆內發生一定程度的沸騰。沸水堆本體由反應堆壓力容器、堆芯、堆內構件、汽水分離器、蒸汽乾燥器、控制棒組件及噴泵等部分組成。堆芯處在壓力容器中心,由若干單元組成,每單元有四盒燃料組件和一根十字形控制棒。每盒燃料組件上部靠上棚板定位,下部安放在下柵板上,並坐在控制棒導向管頂部和燃料支撐杯中。燃料組件由燃料元件、定位格架及元件盒組成。燃料 元件以8×8排列,採用二氧化鈾燃料芯塊,以鋯-2合金做包殼,內部充氦氣,端部加端塞焊接密封。堆內構件包括上柵板、下柵塊、控制棒導向管及圍板等部件。汽水分離器用來將蒸汽和水分離開來,蒸汽通過蒸汽乾燥器除濕,以達到汽輪發電機的工況要求。

主要優點


輕水反應堆是和平利用核能的一種方式,其減速效率也很高沸騰水堆的特點是將水蒸汽不經過熱交換器直接送到氣輪機,從而防止了熱效率的低下,加壓水堆則用高壓抑制沸騰,對輕水一般加100至160個大氣壓,從而熱交換器把一次冷卻系(取出堆芯產生的熱)和二次冷卻系(發生送往蝸輪機的蒸汽)完全隔離開來。
用重水即氧化氘(D2O)作為慢化劑的核反應堆被稱為重水反應堆,或簡稱為重水堆現在的反應堆幾乎都利用熱中子,因此慢化劑是反應堆不可缺少的組成部分慢化劑與中子碰撞使中子亦即減少中子的數量的話,便失去了意義,所以重水是非常優異的慢化劑,它與石墨並列是最常用的慢化劑。