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金沙js333娱乐场原子核裂变反应堆简单介绍

原标题:铀氢锆脉冲反应堆物理与安全分析

姓名:于川皓 学号:16140210089

  据科学网报道,7月27日上午,加纳微堆(微型中子源反应堆)低浓铀堆芯在中国原子能科学研究院(简称原子能院)成功实现零功率实验首次临界。这是中国承担的加纳微堆低浓化改造项目中一个重要的里程碑节点,标志着该项目中方负责的所有技术准备工作均已完成,项目的关键步骤已经取得成功。

1942年12月2日,费米在美国芝加哥大学建造了人类历史上第一座反应堆,成功实现了受控链式裂变反应,这一事件标志着人类进入了一个崭新的核纪元。反应堆最初的用途是生产核武器所用的钚材料。随着人类对核能认识的不断深入和工业技术的进步,核反应堆在军事和民用领域得到了更加广泛的应用。目前,世界上投入使用的各类型反应堆达数千座,在能源、科学研究、工农业生产、核医学等领域发挥着重要作用。

转载自:

  同时,这也是继我国在今年3月完成首座微堆高浓缩铀低浓化改造、实现满功率运行后,在践行国际承诺、推广减少高浓铀合作模式层面取得的又一项重大进展,也是中国为世界反核恐怖主义、加强国际核安保作出的实实在在的贡献。

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【嵌牛导读】:核反应堆[1],又称为原子能反应堆或反应堆,是能维持可控自持链式核裂变反应,以实现核能利用的装置。核反应堆通过合理布置核燃料,使得在无需补加中子源的条件下能在其中发生自持链式核裂变过程。严格来说,反应堆这一术语应覆盖裂变堆、聚变堆、裂变聚变混合堆,但一般情况下仅指裂变堆。

  中国目前是世界上唯一完全掌握微堆研究建造技术的国家。微堆不像传统的核反应堆,它没有散热塔,也没有高耸的烟囱,堆芯只有高压锅大小。在业内,微堆也被称“傻瓜堆”,因为它类似一个实验仪器,操作简单,但用途不少,能进行中子活化分析、核仪器探头的考验、教学及培训、少量同位素生产等。

反应堆按用途一般分为动力堆、生产堆和研究堆。动力堆主要用于舰船、航天器、飞行器等的推进或用于工农业生产的发电、供热等,最常见的是核电站反应堆。生产堆主要用于生产放射性同位素或易裂变核材料。研究堆则主要用于和反应堆有关的实验研究或利用核反应堆产生的中子、伽马射线开展的科学研究。研究堆的用途非常广泛,涉及原子核物理、生命科学、材料科学、探测化学、生物学、食品制造技术、农业、刑事侦破、材料辐照改性、核天文学、核考古学、核医学和同位素生产等诸多方面的试验研究。由于研究堆的重要地位,其在各种类型的反应堆中占了大多数。值得指出的是,研究堆和生产堆并没有明显的界限,只是人为的分类方法,研究堆也可用于同位素和易裂变材料生产,生产堆配合必要的实验设备,同样可以开展多种科学研究。

【嵌牛鼻子】:核反应堆

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【嵌牛提问】:核反应堆技术的特点?有什么应用?

  7月27日,来自国际原子能机构、中国国家原子能机构、美国能源部、加纳原子能委员会的官员以及尼日利亚、叙利亚、巴基斯坦和泰国等国专家共同见证实验临界成功。

铀氢锆脉冲反应堆是以铀氢锆为燃料的水池式研究反应堆,具有瞬发负温度反应性系数大、放射性裂变产物包容能力强、堆芯非能动冷却等特点,固有安全性很高,能以稳态、脉冲和方波等多种方式运行,在科学研究和国民经济中有着广泛的应用。

【嵌牛正文】:

金沙js333娱乐场 4图为原子能院研究人员在控制台前进行零功率实验操作。

1990年,中国核动力研究设计院自主研发并建成了铀氢锆原型脉冲反应堆。1999年,我国第一座实用化多功能的铀氢锆脉冲反应堆(西安脉冲反应堆)在西北核技术研究所成功实现临界,之后在核科学技术研究和应用中发挥了重要作用,成为我国研究堆发展历史上一个新的里程碑。

核反应堆

  “微堆低浓化目的是在不改变堆芯几何尺寸的前提下,将高浓铀堆芯燃料替换为低浓铀堆芯燃料。”原子能院堆工部主任杨红义介绍,转化后还需利用原有筒体装料运行。

由于铀氢锆脉冲反应堆采用特殊核燃料、紧凑堆芯结构、众多实验孔道和实验装置,其堆芯物理和安全分析与压水堆及其他研究堆相比有许多自己的特点,西北核技术研究所在西安脉冲反应堆建设、运行、应用的二十多年科研实践中积累了丰富的经验,在铀氢锆中子热化模型、栅元计算、堆芯物理、热工水力等方面取得了一系列创新性、系统性的科研成果。该书正是我国铀氢锆脉冲反应堆研究工作者长期研究成果的总结和拓展,涵盖了铀氢锆脉冲反应堆的主要结构、控制、物理、热工水力、动态特性、屏蔽设计与事故安全分析等内容,填补了国内相关领域研究的空白。

编辑

  协助加纳实现微堆低浓化改造是我国政府落实第四届核安全峰会上习近平总书记提出的“五大倡议”及《中美联合声明》重要行动之一。中核集团总工程师雷增光表示,中核集团高度重视加纳微堆低浓化项目,希望通过加强国际间紧密合作尽早完成项目。未来,中核集团将会为促进更广泛的和平利用核能贡献更大的力量。

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本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作项目审核

  该实验首次临界的成功,是践行中国政府对加纳微堆低浓化改造项目的承诺,体现了各国在核不扩散领域积极开展国际间合作的精神。“加纳模式”也将为后续微堆低浓化以及核不扩散国际间合作提供重要的经验。

铀氢锆脉冲反应堆具有特殊的氢化锆中氢的热化模型、众多的水平和垂直实验孔道、复杂的堆芯功率和温度场分布等特点,因此在反应堆堆芯物理和热工水力研究、反应堆安全分析中具有与其他反应堆不同的特点。我们在我国第一座实用化多功能的铀氢锆脉冲反应堆——西安脉冲反应堆的安全运行和应用实践中,进行了大量的反应堆物理、热工水力和事故分析研究,积累了一定的理论与实践经验,取得了一些创新性的研究成果,不仅对从事研究堆设计的科研人员具有较好的参考价值,也为新加入该领域的研究人员了解铀氢锆脉冲反应堆的特性提供了必备的基础知识。为了促进铀氢锆脉冲反应堆理论研究的发展和交流,我们把最近二十多年的相关研究成果总结出版,供国内同行借鉴参考。

核反应堆[1],又称为原子能反应堆或反应堆,是能维持可控自持链式核裂变反应,以实现核能利用的装置。核反应堆通过合理布置核燃料,使得在无需补加中子源的条件下能在其中发生自持链式核裂变过程。严格来说,反应堆这一术语应覆盖裂变堆、聚变堆、裂变聚变混合堆,但一般情况下仅指裂变堆。

  加纳微堆是中国原子能科学研究院于1995年通过国际原子能机构技术合作项目为加纳设计、建造的该国第一座研究堆,采用高浓铀为燃料,其建成为加纳核技术人员的培训等工作发挥了积极作用。

本书概括了铀氢锆脉冲反应堆物理和安全分析方面的基础理论和最新进展,介绍了研究堆和铀氢锆脉冲反应堆发展的历史和应用概况、脉冲堆结构、栅元计算、堆芯物理分析、热工水力分析、动态特性分析、孔道屏蔽、事故与安全分析等内容。本书特别强调物理模型的深入分析和数学计算的准确描述,同时穿插了丰富的图表和大量的计算公式。

人类第一台核反应堆由美国籍意大利著名物理学家恩利克·费米领导的小组于1942年12月(曼哈顿计划期间)在世界顶级学府芝加哥大学建成,命名为芝加哥一号堆(Chicago
Pile-1)[2]。该反应堆是采用铀裂变链式反应,开启了人类原子能时代,芝加哥大学也因此成为人类“原子能诞生地”。

  2013年,经国际原子能机构(IAEA)、美国能源部(DOE)、加纳和中国协商一致,由中国牵头承担对加纳微堆进行低浓化燃料改造。自2015年签署正式合同开始,中国原子能科学研究院就开始了加纳微堆的低浓化改造工作。

本文摘编自陈伟
《铀氢锆脉冲反应堆物理与安全分析》一书,有删改。

中文名

  开展微堆燃料低浓化工作,既符合我国核不扩散的国际政策,也能更有效地防止核扩散,并能在国内外推广微堆方面起到积极作用。

铀氢锆脉冲反应堆物理与安全分析

核反应堆

  中国掌握微堆低浓化的全套技术

陈伟 等 著

外文名

  微堆离我们的生活并不远。微堆是一种小型、低功率、固有安全性好、容易操作的反应堆装置,可以建设在大中城市人口稠密的大学、科研单位等,能够广泛应用于中子活化分析、放射性同位素制备、教学培训、反应堆物理实验及仪器考验。

北京:科学出版社,2018.6

Nuclear Reactor

金沙js333娱乐场 6瑞士洛桑的一座实验型微堆

ISBN 978-7-03-057731-3

别    名

  “从1984年至今,我们利用微堆分析的样品多种多样,上至天文、下至地理,涉及地质学、地球化学、生命科学等众多学科。”原子能院微堆室主任李义国说,分析结果为不少研究提供了科学依据。

责任编辑:宋无汗 杨丹 崔慧娴

原子能反应堆或反应堆

  我国的微堆研究建造可追溯到上世纪70年代末、80年代初。经过多种物理设计方案的理论计算和零功率实验验证,1984年3月,原子能院自主开发设计建造的我国第一座微堆顺利建成并投入满功率运行。

《铀氢锆脉冲反应堆物理与安全分析》主要介绍铀氢锆脉冲反应堆物理与安全分析。全书共9章,内容包括绪论、结构与系统组成、栅元热化和共振处理、堆芯物理参数计算方法、热工水力分析、脉冲动态特性分析、堆芯燃料管理、实验孔道屏蔽计算方法以及事故安全分析等。

原    理

  此后,该院为国内外用户设计和建造了9座商用微堆,其中5座出口到了巴基斯坦、伊朗、加纳、叙利亚、尼日利亚,加纳微堆于1995年建成。这些微堆已累计安全运行超过100堆·年,为国家创造了巨大的经济效益。

本书可供反应堆研究、设计、运行、管理等从业人员参考,也可作为高等院校相关专业研究生教材。

可控自持链式核裂变反应

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(本期编辑:王芳)

主要构成物质

  “过去,我们微堆使用武器级的高浓铀作为燃料。燃料棒一旦流失,就可能造成核材料扩散的威胁。”李义国解释,由于所用燃料的特殊性,微堆在推广中一直受到限制。

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原子

  受国际大环境等多因素影响,国际原子能机构(IAEA)多次提出,希望微堆燃料实施低浓铀转化。

责任编辑:

领    域

  今年3月,经过5年攻关,该研究院成功对中国首座微堆——原型微堆实施了低浓化改造,并实现首次满功率运行。这是继核安保示范中心建成运行后,我国在核安保领域取得的又一重要成绩,也是中美核安保合作的重大成果,被写入《中美核安全合作联合声明》。

核能

金沙js333娱乐场 83月26日,我国首座微堆圆满完成低浓化改造,实现首次满功率运行

所属学科

  原子能院的原型微堆的每一根燃料元件的直径仅有5毫米,换言之只有约5张纸的厚度,每两根元件间隙只有5.48毫米,这些燃料元件被放置在实验用的“鸟笼架”内。“鸟笼架”是直径240毫米、高270毫米的狭小空间,也就是该堆的堆芯。

核化学

  微堆低浓化改造,是降低高浓铀流失风险、提升核安保水平的有力举措,也是中美核安保领域合作的重要内容。国家原子能机构将本着自愿、务实的原则,与其他国家分享低浓化改造技术经验,协商开展类似改造项目,全面提升全球核安保水平。

目录

  2011年底,中国国家原子能机构批准中国原子能科学研究院与美国能源部阿贡实验室合作,对原子能院微堆进行低浓化改造,卸出微堆高浓铀堆芯,装入低浓铀燃料堆芯。

1历史沿革

  微堆低浓化改造涉及堆芯物理设计、结构设计、燃料组件设计制造、装卸料、乏燃料管理、反应堆实验调试等诸多环节。改造过程中,工程技术人员攻克了一批关键技术,确保了微堆的核安全。

2理论研究

  “最难的是堆芯设计。”李义国说,“由于低浓铀堆芯的燃料芯体和包壳材料与之前的不同,其热工、物理性能等也均有较大不同,须重新进行物理、热工和结构设计,且只能在原有小尺寸的堆芯空间内做出合理调整,设计难度大大增加。”

3原理

  2014年年3月4日,中国原子能科学研究院在微型反应堆临界装置上开展低浓铀净堆首次临界实验,并安全达到临界,这标志着微堆燃料富集度从原先的90%降至12.5%是成功的,微堆低浓化工作由此进入全面实施阶段。

4类型

  据介绍,该堆的主要用途包括中子活化分析、核仪器探头的考验、教学及培训、少量同位素生产等。改造后的微堆固有安全性更高,一次装料可运行30年。

5组成结构

  中核集团董事长孙勤认为,首座微堆低浓化后首次满功率运行意味着原子能院已完全掌握了微堆低浓化的全套技术。

▪慢化剂

  延伸阅读:

▪控制棒

  微堆具体能用来干啥?

▪冷却剂

  2008年,“长相”精致的微堆曾经展示大“威力”,它与央视、清西陵及北京市法医检验鉴定中心等共同揭开了困扰史学界的百年谜案——清光绪帝之死因。

▪屏蔽层

  该专题研究由光绪帝遗物发辫入手,历时五年,利用微堆中子活化分析技术测试了发辫中砷的含量,并结合其他技术手段,经科学研究分析测算表明光绪的头发截段和衣物上含有剧毒砒霜,而其腐败尸体仅沾染在部分衣物和头发上的砒霜总量就已高达约201毫克。

▪行波堆

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6主要特点

金沙js333娱乐场 10清光绪帝头发As的分析

7应用领域

  

8注意事项

金沙js333娱乐场 11清光绪帝衣物

9发展前景

  光绪死因的确证,被认为是运用现代科学技术和侦察思维解决历史疑难问题的成功尝试,开辟了学术文化研究的新路径。

历史沿革

  因为具有小型化、易操作、功率低、固有安全性好等优点,在大中城市人口稠密的大学和研究机构内,不乏微堆身影。

编辑

  在改革开放前沿深圳,原子能院帮助深圳大学设计建造的微堆已安全运行28年,这也是目前我国尚在运行的唯一商用微堆。与原子能院的原型微堆相比,二者的差别是堆芯尺寸、燃料元件尺寸。

早在1929年,科克罗夫特就利用质子成功地实现了原子核的变换。但是,用质子引起核反应需要消耗非常多的能量,使质子与目标的原子核碰撞命中的机会也非常之少。[1]

  深圳微堆建成后,利用中子活化法填补了深圳微量元素质检方面的某些空白。

1938年,德国人奥托·哈恩和休特洛斯二人成功地使中子和铀原子发生了碰撞。这项实验有着非常重大的意义,它不仅使铀原子简单地发生了分裂,而且裂变后总的质量减少,同时放出能量。尤其重要的是铀原子裂变时,除裂变碎片之外还射出2至3个中子,这个中子又可以引起下一个铀原子的裂变,从而发生连锁反应。

  当时,随着珠三角现代工农业的迅猛发展,大量人工合成有机化合物被引入到自然环境中,包括一系列有机卤素污染物,这些卤素污染物有致癌、致畸、致突变的风险。借助微堆,深圳较早就对本市的大气和土壤环境进行检测,实时掌握深圳大气和土壤中的污染程度,并及时采取措施。

1939年1月,用中子引起铀原子核裂变的消息传到费米的耳朵里,当时他已逃亡到美国哥伦比亚

  因为不会对样品产生破坏,原子能院曾协助有关单位,对膳食中的元素含量进行过多次调查研究及卫生学评价。

人类第一座核反应堆的设计者:费米

  多年前,原子能院高级工程师王珂就和团队分析测定了我国南北方78例正常成年人甲状腺含量,发现有地区差异,女性略高于男性,这为评价碘对人体的健康影响提供了背景材料。

大学,费米不愧是个天才科学家,他一听到这个消息,马上就直观地设想了原子反应堆的可能性,开始为它的实现而努力。费米组织了一支研究队伍,对建立原子反应堆问题进行彻底的研究。费米与助手们一起,经常通宵不眠地进行理论计算,思考反应堆的形状设计,

  “微堆低浓化后应用更为广泛,比如可应用到与百姓关系更加密切的治疗癌症的医疗装置中。”中国工程院院士周永茂如此预测微堆前景。

有时还要亲自去解决石墨材料的采购问题。

1942年12月2日曼哈顿计划期间,费米的研究组人员全体集合在美国芝加哥大学Stagger
Field
的一个巨大石墨型反应堆前面。这时由费米发出信号,紧接着从那座埋没在石墨之间的7吨铀燃料构成的巨大反应堆里,控制棒缓慢地被拔了出来,随着计数器发出了咔嚓咔嚓的响声,到控制棒上升到一定程度,计数器的声音响成了一片,这说明连锁反应开始了。这是人类第一次释放并控制了原子能的时刻,这个反应堆被命名为“芝加哥一号堆”(Chicago
Pile-1)。

1954年前苏联建成世界上第一座原子能发电站利用浓缩铀作燃料,采用石墨水冷堆,电输出功率为5000千瓦。1956年,英国也建成了原子能电站。原子能电站的发展并非一帆风顺,不少人对核电站的放射性污染问题感到忧虑和恐惧,因此出现了反核电运动。其实,在严格的科学管理之下,原子能是安全的能源。原子能发电站周围的放射性水平,同天然本底的放射性水平实际并没有多大差别。

1979年3月,美国三里岛原子能发电站由于操作错误和设备失灵,造成了原子能开发史上空前未有的严重事故。然而,由于反应堆的停堆系统、应急冷却系统和安全壳等安全措施发挥了作用,结果放射性外逸量微乎其微,人和环境没有受到什么影响,充分说明现代科技的发展已能保证原子能的安全利用。

理论研究

编辑

20亿年前[3],在非洲奥克罗班多地区的十几座天然核反应堆神秘启动,稳定地输出能量,并安全运转了几十万年之久。为什么它们没有在爆炸中自我摧毁?是谁保证了这些核反应的安全运行?莫非它们真的如世间的传言那样,是外星人造访的证据,或者是上一代文明的杰作?通过对遗迹抽丝剥茧地分析,远古核反应堆的真相正越来越清晰地暴露在我们面前。

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