轻水反应堆（水为冷却剂及慢化剂的核反应堆）

反应介绍

轻水反应堆

轻水堆就堆内载出核裂变热能的方式可分为压水堆和沸水堆两种，是国际上多数核电站所采用的两种堆型。

1992年运行的413座核电站中，轻水堆核电站约占64.15%，装机容量约占80%，加上正在建设和已经订货的轻水堆核电站将占80%，装机容量将占90%。

工作原理

核电原理图

组成压水堆堆芯的燃料组件及相关组件，直立排列在由堆芯上、下板和堆芯围板所围成的空间内。燃料组件下端由堆芯下板定位，上端由堆芯上板和压紧部件定位及压紧。整个堆芯由堆芯吊蓝将其悬挂在反应堆压力容器筒身法兰的内突缘上，而堆芯吊蓝下部的定位是靠其上的支承键与压力容器内壁下部的支承块配合来实现的。为了减少压力容器的辐照损伤，堆芯与压力容器内壁之间应保持足够的水隙和设置局部中子屏蔽以及采用低泄漏燃料管理。压力容器的上封头上布置若干控制棒驱动机构，以驱动控制棒在堆内上下移动，实现反应堆启动、功率调节、正常和事故停堆等控制功能。一回路加压轻水冷却剂从反应堆压力容器上部的入口接管流入，先沿着堆芯吊蓝与压力容器内壁之间的环形间隙（下降段）向下流动，经冷却吊蓝和压力容器到达反应堆压力容器底部下腔室后，改变方向向上流经堆芯，冷却燃料组件及相关组件，带走核裂变反应产生的热量。然后高温冷却剂从反应堆压力容器的出口接管流出，再流经蒸汽发生器，使二回路给水加热变成蒸汽，去推动汽轮机运转，进而带动发电机发电。应指出的是，作为慢化剂和冷却剂的高温、高压轻水，有严格的水质要求，通常加硼，以调节反应性，加锂，以调节PH值等，对压水堆燃料元件使用性能均产生影响。^[1]

技术分类

轻水反应堆分为两类：压水反应堆（PWR）与沸水反应堆（BWR）。

一回路冷却水在高压（15×106~16×106Pa）下通过反应堆容器循环运行，一回路温度达320℃左右，仍保持液体而不沸腾的反应堆。压水堆以低浓二氧化铀作燃料，净化的核纯轻水作冷却剂和慢化剂。一回路的冷却剂将堆芯发出的热量通过蒸汽发生器把热量传递给二回路水，并产生蒸汽推动汽轮发电机发电。压水堆的燃料浓缩度为3％，以锆合金作包壳，每200多根燃料元件组装成方型截面燃料组件，安装在堆芯中。

组成

压水堆核电厂主要由核岛、常规岛和电厂配套设施组成。其中核岛包括反应堆厂房、反应堆辅助厂房以及设置在其内的系统和设备，用来生产核蒸汽。常规岛主要包括汽轮机厂房及其设置在厂房内的系统和设备，其形式与常规发电厂类似，用来进行电力生产。而电厂配套设施包括除核岛和常规岛以外的一切建筑物和构筑物以及其他一些系统。

压水堆是在核潜艇压水堆基础上发展起来的。40多年经历了实验性堆、示范性堆、商用堆、百万千瓦级堆和先进压水堆（APWR）五个阶段或五代的发展，使压水堆核电厂逐步提高了单堆容量、核电厂发电效率、堆芯比功率和燃料组件的平均卸料燃耗，以及逐步减少了冷却剂的比流量。^[1]

沸水堆的工作原理是，来自汽轮机系统的给水进入反应堆压力容器，沿堆芯围筒和容器内壁之间的环形空间下降，在内部喷射泵的作用下进入堆下腔室，再折而向上流过堆芯燃料组件，受热并部分汽化。汽水混合物经汽水分离器后，水分沿环形空间下降，与给水混合；蒸汽则经干燥器出堆，通往汽轮发电机作功发电。蒸汽压力约为7MPa，干度不小于99.75%。汽轮机乏汽冷凝后经净化、加热再由给水泵送入反应堆压力容器，形成一闭合循环。外部循环泵的作用是使堆内形成强迫循环，其进水取自环形空间底部，升压后再送入反应堆压力容器内，成为内部喷射泵的驱动流。某些沸水堆用堆内循环泵取代外部循环泵和内部喷射泵。沸水堆从1960年世界上第一座示范性核电厂德累斯顿—I(Dresden－I)投入运行以来，经历了六次或六代重大改进和发展，使沸水堆核电厂逐步提高了发电效率、单堆容量、功率密度和燃料组件的卸料燃耗。

组成

沸水堆本体由反应堆压力容器、堆芯、堆内构件、汽水分离器、蒸汽干燥器、控制棒组件及喷泵等部分组成。堆芯处在压力容器中心，由若干单元组成，每单元有四盒燃料组件和一根十字形控制棒。每盒燃料组件上部靠上棚板定位，下部安放在下栅板上，并坐在控制棒导向管顶部和燃料支撑杯中。燃料组件由燃料元件、定位格架及元件盒组成。燃料元件以8×8排列，采用二氧化铀燃料芯块，以锆－2合金做包壳，内部充氦气，端部加端塞焊接密封。堆内构件包括上栅板、下栅块、控制棒导向管及围板等部件。汽水分离器用来将蒸汽和水分离开来，蒸汽通过蒸汽干燥器除湿，以达到汽轮发电机的工况要求。^[2]

主要优点

轻水反应堆是和平利用核能的一种方式，其减速效率也很高沸腾水堆的特点是将水蒸汽不经过热交换器直接送到气轮机，从而防止了热效率的低下，加压水堆则用高压抑制沸腾，对轻水一般加100至160个大气压，从而热交换器把一次冷却系（取出堆芯产生的热）和二次冷却系（发生送往蜗轮机的蒸汽）完全隔离开来。

用重水即氧化氘（D2O）作为慢化剂的核反应堆被称为重水反应堆，或简称为重水堆现在的反应堆几乎都利用热中子，因此慢化剂是反应堆不可缺少的组成部分慢化剂与中子碰撞使中子亦即减少中子的数量的话，便失去了意义，所以重水是非常优异的慢化剂，它与石墨并列是最常用的慢化剂。