核电厂材料福清班chapter01绪论教案资料

福清核电2016年运行人员基础理论培训北京 2016 龙斌教授 中国核工业研究生院 ChinaInstituteofAtomicEnergy 102413 Beijing China 核电厂材料MaterialsforNuclearPowerPlants ChinaInstituteofAtomicEnergy 102413 Beijing China 核电厂材料MaterialsforNuclearPowerPlants 绪论Introduction 核电厂材料 授课内容 绪论 2课时 材料学基础 6课时 材料的性能 6课时 核燃料 4课时 包壳材料 6课时 核电厂材料 授课内容 结构材料 5课时 反应堆其它材料 2课时 老化管理和失效分析基础 核技术成功的关键取决于堆内强辐射下材料的行为 费米 1946年 核反应堆材料的重要性 第1章绪论 第1章绪论 核反应堆的工作条件是如此严峻 它的材料必须在高温 高压 强辐照和极大的温度梯度的条件下工作 同时还有腐蚀的影响 它所面临的条件比迄今为止我们所遇到的任何工程所面临的条件要复杂得多 反应堆材料的重要性 它是堆安全的基础 防止堆内放射性物质外逸 第一道屏障 燃料芯块第二道屏障 燃料包壳第三道屏障 压力容器和一回路压力边界第四道屏障 安全壳 第1章绪论 主要的核燃料 23592U 23392U 23994Pu 二次再生燃料 核裂变反应 核裂变 一个铀核235裂变时释放的能量如果按200MeV估算 1Kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800吨标准煤完全燃烧时释放的化学能 一个铀原子核裂变产生200MeV的能量 一个碳原子的燃烧产生4 1eV的能量 第1章绪论 核裂变 核能释放的两种形式 快速 原子弹 慢速 核反应堆 第1章绪论 核裂变 美国轰炸广岛用的littleboy原子弹 核裂变不可控 原子弹 第1章绪论 核裂变 核裂变可控 原子核的链式反应可以在人工控制下进行 1942年 费米就主持建立了世界上第一个称为 核反应堆 的装置首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放 1951年12月2日 人类首次用核反应炉产生出了电能 点亮了4只200W的灯泡 EBR I 第1章绪论 核裂变 奥布宁斯克核电站 原子核的链式反应可以在人工控制下进行 1954年 前苏联建成世界上第一座核电站 5MW实验性石墨沸水堆 石墨慢化 轻水冷却 第1章绪论 我国第一座自主研发的核电站 秦山核电站 QinshanICapacity 300MWeType PWRGriddate 1991 12 15Loadfactor 96 39 in2008 QinshanIICapacity 2x600MWeType PWRGriddate unit 12002 02 01unit 22004 03 11Loadfactor unit 187 38 unit 286 48 in2008 QinshanIIICapacity 2x700MWeType PHWR CANDU Griddate unit 12002 11 10unit 22003 06 12Loadfactor unit 193 48 unit 289 34 in2008 第1章绪论 核裂变 慢化剂 中子的速度不能太快 否则会与235U原子核 擦肩而过 铀核不能 捉住 它 不能发生核裂变 实验证明 速度与热运动速度相当的中子最适于引发裂变 这样的中子就是 热中子 或称慢中子 裂变产生的是速度很大的快中子 还要设法使快中子减速 因此 在铀棒周围要放 慢化剂 慢化剂材料 石墨 重水和轻水 或普通水 第1章绪论 核裂变 控制棒 为了调节中子数目以控制反应速度 还需要在铀棒之间插进一些镉棒 镉棒吸收中子能力很强 当反应过于激烈时 将镉棒插深一些 它就会多吸收一些中子 链式反应的速度就会慢一些 镉棒 控制棒 第1章绪论 90 共30个国家和地区发展核电 共434座核电站 367 7GWe 发电量占世界总发电量的约14 核电已发展成世界主力能源 第1章绪论 90 中国清洁能源建设 中国清洁能源目标到2020年占总发电的29 主要清洁能源水电 现2 49亿千瓦 极值5亿千瓦 风电 现0 61亿千瓦 极值7亿千瓦 太阳能 现3 28GW 极值2亿千瓦 核电 现0 13亿千瓦 极值4亿千瓦以上 2012年中国可再生能源投资达677亿美元 为世界第一 第1章绪论 核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高 水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动 把反应堆内产生的热量传输出去 用于发电 同时也使反应堆冷却 反应堆放出的热使水变成水蒸气 这些高温高压的蒸汽推动汽轮机发电 核电站工作流程图 核电厂系统和材料 按使用目的可分为生产堆 研究堆 动力堆 生产堆用于生产聚变或可裂变核材料 如氚 233U和239Pu 研究堆1 燃料材料辐照2 中子衍射 同位素生产 动力堆将核裂变能转换成电能分为 沸水堆压水堆重水堆钠冷快堆气冷堆等 核电厂系统和材料 按核电的堆型发展可分为实验堆 原型堆 商用堆3个阶段 实验堆解决原理问题 原型堆解决工程问题 商用示范堆解决经济性即性价比问题 实验堆CEFR 示范堆CFR600 商用堆CFR1000 2011 2023 2035 实现科学验证开展燃料 材料等研究积累经验和人才 实现工业示范验证经济性形成快堆标准规范积累快堆电站经验 实现商业推广大规模增殖核燃料作为主力电站规模化发展 核电厂系统和材料 沸水堆 BWR 河水 海水或冷却塔 Q 压力容器内的沸腾水温为285oC 请问压力应该控制在多少 核电厂系统和材料 核电厂系统和材料 沸水堆 BWR 河水 海水或冷却塔 核电厂系统和材料 沸水堆 BWR 福岛电站 BWR 结构示意图 CIAE 龙斌 中国原子能科学研究院研究生院 核电厂系统和材料 2011年3月11日当地时间14 46分东日本里氏九级大地震 女川核电站 东海第二核电站 福岛第二核电站 福岛第一核电站 东通核电站 福岛核事故的发展序列 感谢赵志祥教授提供素材 核电厂系统和材料 福岛核事故的发展序列 2020 5 25 核与辐射安全中心PPT 请键入标题 27 福岛第一核电站6台机组地震发生时的状态 1 3号机组运行4号大修 燃料卸出 5 6号检修 裂变产物放射性衰变热停堆后 6 1天后 1 5天后 0 5 自动停堆 丧失厂外电 应急柴油机成功启动 2020 5 25 核与辐射安全中心PPT 请键入标题 27 福岛第一核电站6台机组地震发生时的状态 1 3号机组运行4号大修 燃料卸出 5 6号检修 裂变产物放射性衰变热停堆后 6 1天后 1 5天后 0 5 自动停堆 丧失厂外电 应急柴油机成功启动 福岛核事故的发展序列 福岛第一核电厂受海啸水淹的过程 核电厂系统和材料 感谢赵志祥教授提供素材 福岛核事故的发展序列 由于水位下降 堆芯裸露堆芯开始融化 相当多的融化的燃料可能转移到RPV的底部 RPV的底部可能损坏 1号机组 3月11日17 00左右2号机组 3月14日18 00左右3号机组 3月13日8 00左右 冷却剂温度急剧上升 堆芯压力快速上升排放蒸汽降压 水位下降 核电厂系统和材料 感谢赵志祥教授提供素材 福岛核事故的发展序列 福岛第一核电厂1 3号机组氢气爆炸情景 核电厂系统和材料 核电厂系统和材料 压水堆 PWR 河水 海水或冷却塔 核电厂系统和材料 压水堆 PWR CurtsytoDr RogerW Staehle 核电厂系统和材料 压水堆 PWR 河水 海水或冷却塔 重水堆 CANDU CANDU型堆的特点是堆芯使用压力管 代替压水堆的压力容器 用重水作为慢化剂和冷却剂 以天然铀作燃料 采用不停堆更换燃料 核裂变反应和反应堆简介 核电厂系统和材料 钠冷快中子堆 SFR 核电厂系统和材料 钠冷快中子堆 SFR 中国实验快堆 CEFR 介绍视频 CIAE 龙斌 中国原子能科学研究院研究生院 核电厂系统和材料 钠冷快中子堆 SFR 核电厂系统和材料 行波堆 TWR 核电厂系统和材料 行波堆 TWR CIAE 龙斌 中国原子能科学研究院研究生院 燃料包壳材料控制棒材料压力容器 RPV 材料蒸汽发生器 SG 材料反应堆一回路管道和阀门反应堆冷却剂泵 核电厂系统和材料 核电厂材料 反应堆 核电厂材料 装置 核电厂材料 热室 材料性能分析与检测 扫描电镜实验室ZEISSSUPRA55 性能参数 分辨率 0 8nm 15KV放大倍数 12 1 000 000 x加速电压 0 02 30KV探针电流 4pA 20nA样品室 300mm x270mm h 核电厂材料 材料性能分析与检测 性能参数 点分辨率 0 24nm 线分辨率 0 10nm 加速电压 80 200kV 倾斜角 25o STEM分辨率 0 20nm 透射电镜实验室JEOL 2100F 核电厂材料 材料性能分析与检测 X射线衍射分析实验室BrukerAdvanceD8 核电厂材料 持久蠕变实验室GWT2304 性能参数 最大试验力 30kN最大实验温度 1100oC 冲击实验室 性能参数 最大冲击能量 300J 150J摆锤力矩 冲击常数 160 7695Nm 80 3848N m角度最小分辨力 0 1 试验温度 室温 60o 核电厂材料 旋转高压釜实验室 性能参数 容积 5升内胆 Inconel625合金材料最大压力 35MPa最大工作温度 500 C最大旋转速度 1750RPM 主要功能 静态 动态高温高压挂片试验 临界和超临界 核电厂材料 Endofthischapter 核电厂系统和材料 CIAE 龙斌 中国核工业研究院研究生院 本章基本要求 1 了解反应堆关键部件对结构材料的基本要求及选材 2 初步了解反应堆的材料在运行和安全上可能遇见的问题