核電技術(shù)發(fā)展： 自1951年12月美國實驗增殖堆1號（EBR-1）首次利用核能發(fā)電以來，世界核電至今已有50多年的發(fā)展歷史。截止到2018年年底，全世界核電運行機組共有500多臺，其發(fā)電量約占世界發(fā)電總量的18%

    1、什么是核能

    世界上一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，原子又是由原子核和它周圍的電子構(gòu)成的。輕原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量，分別稱為核聚變能和核裂變能，簡稱核能。

    大家提到的核能是指核裂變能。 前面提到核電廠的燃料是鈾。鈾是一種重金屬元素，天然鈾由三種同位素組成：

    鈾－235 含量0.71%

    鈾－238 含量99.28%

    鈾－234 含量0.0058% 鈾－235是自然界存在的易于發(fā)生裂變的唯一核素。

    當一個中子轟擊鈾－235原子核時，這個原子核能分裂成兩個較輕的原子核，同時產(chǎn)生2到3個中子和射線，并放出能量。如果新產(chǎn)生的中子又打中另一個鈾－235原子核，能引起新的裂變。在鏈式反應中，能量會源源不斷地釋放出來。

    鈾－235裂變放出多少能量呢？1千克鈾－235全部裂變放出的能量相當于2700噸標準煤燃燒放出的能量。

    2、核反應堆原理

    反應堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)計，鏈式裂變反應就在其中進行。 反應堆種類很多，核電站中使用最多的是壓水堆。

    壓水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指頭大的燒結(jié)二氧化鈾芯塊，裝到鋯合金管中，將三百多根裝有芯塊的鋯合金管組裝在一起，成為燃料組件。大多數(shù)組件中都有一束控制棒，控制著鏈式反應的強度和反應的開始與終止。

    壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動下流過燃料組件，吸收了核裂變產(chǎn)生的熱能以后流出反應堆，進入蒸汽發(fā)生器，在那里把熱量傳給二次側(cè)的水，使它們變成蒸汽送去發(fā)電，而主冷卻劑本身的溫度就降低了。從蒸汽發(fā)生器出來的主冷卻劑再由主泵送回反應堆去加熱。冷卻劑的這一循環(huán)通道稱為一回路，一回路高壓由穩(wěn)壓器來維持和調(diào)節(jié)。

    3、什么是核電站

    火力發(fā)電站利用煤和石油發(fā)電，水力發(fā)電站利用水力發(fā)電，而核電站是利用原子核內(nèi)部蘊藏的能量產(chǎn)生電能的新型發(fā)電站核電站大體可分為兩部分：一部分是利用核能生產(chǎn)蒸汽的核島、包括反應堆裝置和一回路系統(tǒng)；另一部分是利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島，包括汽輪發(fā)電機系統(tǒng)。

    核電站用的燃料是鈾。鈾是一種很重的金屬。用鈾制成的核燃料在一種叫“反應堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動氣輪機帶著發(fā)電機一起旋轉(zhuǎn)，電就源源不斷地產(chǎn)生出來，并通過電網(wǎng)送到四面八方，這就是最普通的壓水反應堆核電站的工作原理。

    在發(fā)達國家，核電已有幾十年的發(fā)展歷史，核電已成為一種成熟的能源。我國的核工業(yè)已也已有40多年發(fā)展歷史，建立了從地質(zhì)勘察、采礦到元件加工、后處理等相當完整的核燃料循環(huán)體系，已建成多種類型的核反應堆并有多年的安全管理和運行經(jīng)驗，擁有一支專業(yè)齊全、技術(shù)過硬的隊伍。核電站的建設(shè)和運行是一項復雜的技術(shù)。我國目前已經(jīng)能夠設(shè)計、建造和運行自己的核電站。秦山核電站就是由我國自己研究設(shè)計建造的。

    4、什么是核電廠

    電是電廠生產(chǎn)出來的。我們知道有燒煤或石油的火力發(fā)電廠，有靠水力發(fā)電的水電站，還有一些靠風力、太陽能、 地熱、潮汐能、波浪能、沼氣生產(chǎn)電力的小型或?qū)嶒炐园l(fā) 電裝置。核電廠就是一種靠原子核內(nèi)蘊藏的能量，大規(guī)模生產(chǎn)電力的新型發(fā)電廠。

    核電廠用的燃料是鈾。鈾是一種很重的金屬。用鈾制成的核燃料在一種叫做“反應堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生 器內(nèi)產(chǎn)生出來，并通過電網(wǎng)送到四面八方。這就是最普通 的壓水反應堆核電廠的工作原理。

    5、什么是放射性

    約在100年前，科學家發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)能放出三種射線：α（阿爾法）射線、β（貝塔）射線，γ（伽瑪）射線。

    以后的研究證明：α射線是α粒子（氦原子核）流，β射線是β粒子（電子）流，統(tǒng)稱粒子輻射。類似的還有中子射線、宇宙射線等。γ射線是波長很短的電磁波，稱為電磁輻射。 類似的還有X射線等。

    這些射線的共同特點是：1、有一定穿透物質(zhì)的能力；2、人的五官不能感知，但能使照相底片感光；3、照射到某些特 殊物質(zhì)上能發(fā)出可見的熒光；4、通過物質(zhì)時有產(chǎn)生電離作用。

    射線主要通過電離作用對生物體產(chǎn)生一定的影響。

    射線并不可怕，我們吃的食物、住的房屋，甚至我們的身體 內(nèi)都有能放出射線的物質(zhì)。我們戴夜光表、作X光檢查、乘飛機、吸煙都會接受一定的輻射劑量。但是，過高的輻射劑量會引起有害健康的效應。

    兩個關(guān)于放射性的計量單位

    6、什么是反應堆

    核反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現(xiàn)核能-熱能轉(zhuǎn)換的裝置。

    核電廠用的壓水反應堆有一個厚厚的鋼質(zhì)賀筒形外殼，腰部有幾個進水口和出水口，稱為壓力容器，900兆瓦的壓水堆，其壓力容器高12米，直徑3.9米，壁厚約0.2米。

    壓力容器內(nèi)是堆芯，堆芯由燃料組件和控制棒組件等組成。水在它們的間隙中流過。水在此起兩個作用，一是降低中子的速度使之易于被鈾－235核吸收，二是帶出熱量。900兆瓦壓水堆 一般裝有157個燃料組件，約含80噸二氧化鈾。

    壓力容器頂裝有控制棒驅(qū)動機構(gòu)，通過改變控制棒的位置來實現(xiàn)開堆、停堆（包括緊急停堆）和調(diào)節(jié)功率的大小。

    7、什么叫做核事故

    一般來說，在核設(shè)施（例如核電廠）內(nèi)發(fā)生了意外情況，造成放射性物質(zhì)外泄，致使工作人員和公眾受超過或相當于規(guī)定限值的照射，則稱為核事故。顯然，核事故的嚴重程度可以有一個很大的范圍，為了有一個統(tǒng)一的認識標準，國際上把核設(shè)施內(nèi)發(fā)生的有安全意義的事件分為七個等級。

    由表可以看出，只有4－7級才稱為“事故”。5級以上的事故需要實施場外應急計劃，這種事故世界上共發(fā)生過三次， 即蘇聯(lián)切爾諾貝利事故、英國溫茨凱爾事故和美國三里島事故。

    8、核電部分廠房描述

    中國的大部分廠房都是這樣的——

    1）反應堆廠房：包括內(nèi)外安全殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及堆芯熔融物捕捉器。反應堆廠房是雙層圓筒形結(jié)構(gòu)，該建筑包容并支撐與一回路相關(guān)的主要設(shè)施（包括壓力容器和主冷卻回路，包括主泵，蒸發(fā)器和穩(wěn)壓器）。反應堆換料腔和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。輔助設(shè)備。廠房的主要功能是防止外部事件對內(nèi)部反應的影響，確保不發(fā)生泄漏。包括一回路發(fā)生事故失水，使廠房內(nèi)壓力和溫度升高。

    1.1）安全殼：安全殼是雙層墻體結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)墻體由預應力混凝土筒體和混凝土穹頂構(gòu)成，內(nèi)面襯以鋼襯里，保證密封。外安全殼抵抗外部沖擊。1.8米寬的環(huán)形區(qū)域?qū)?nèi)外安全殼隔離，該區(qū)域處于負壓狀態(tài)，收集發(fā)生泄漏事故后泄漏物的收集，保證泄漏物在排入大氣前被過濾，雙層安全殼是考慮在嚴重事故對環(huán)境的有效保護。

    1.2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)：主要功能是提供反應堆壓力容器的支撐和附屬設(shè)備的支撐；人員及設(shè)備的生物防護；防止管道的甩擊和飛射物對安全殼、各回路以及安全系統(tǒng)的影響。

    1.3）結(jié)構(gòu)描述：內(nèi)部結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)包括一次屏蔽墻，二次屏蔽墻，反應堆換料腔；樓板和墻體。

    1.4）堆芯熔融物捕捉器：位于堆芯CVCS和VDS系統(tǒng)下部分為三部分，由堆坑下部、堆芯熔融物擴展通道和擴張區(qū)域組成。表面覆蓋細石混凝土。底部有循環(huán)水系統(tǒng)，用以事故狀態(tài)下對熔融物降溫，水來自換料儲水箱。

    2）安全廠房：安全廠房1&4分為9層，分別布置在安全殼兩側(cè)；廠房2&3分為8層，布置在一起，采用雙層墻體。外墻與廠房各樓層分開，通向廠房的門應有門禁系統(tǒng)。

    3）燃料廠房：位于反應堆廠房和安全廠房2、3相對的位置，與反應堆廠房和安全廠房位于一個筏基礎(chǔ)之上。9層（0.00-19.5m區(qū)域）。西側(cè)為乏燃料水池及相關(guān)設(shè)施。東側(cè)為事故廢氣過濾機組。采用雙層墻，門應有門禁系統(tǒng)。

    4）核輔助廠房：核輔助廠房內(nèi)設(shè)置與電廠運行必需的與安全無關(guān)的輔助系統(tǒng)，同時設(shè)置有部分維修區(qū)域。是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)與廠房的筏基礎(chǔ)是分離的，放射性設(shè)備周圍設(shè)置屏蔽結(jié)構(gòu)以及有系統(tǒng)的隔離。提供充分的生物隔離。

    5）進出廠房：基礎(chǔ)廠房內(nèi)設(shè)有為保障人員安全進出核島所必需的設(shè)備和設(shè)施。進出廠房的基礎(chǔ)和核島的基礎(chǔ)臨近，設(shè)置沉降縫，允許相對的位移。

    6）放射性廢棄物廠房：分為放射性廢棄物廠房(HQB)和放射性廢棄物儲存廠房（HQS），其可收集、儲存、處理液體和固體放射性廢棄物。為兩個機組公用，它同1號機組的核輔助廠房建筑直接連接，用來儲存、運輸樹脂類廢棄物以及收集、臨時儲存、運送廢液。在放射性廢棄物廠房和2號機輔助廠房附屬建筑（2HQS）之間連接一條熱管，用來輸送2號機的廢液。

    7）應急柴油機房：（HD）是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其鋼筋混凝土筏基及地下部分及外墻使用瀝青絕緣材料來防水的。用來放置柴油燃料儲存罐、柴油燃料槽房間的樓板、墻體及天花板表面是摻合了憎油材料的水泥砂漿抹面的。

    8）安全廠用水泵房：為混凝土結(jié)構(gòu)，其鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、配合比及工藝應具備足夠的耐久性以保證結(jié)構(gòu)主體能防止地下水和海水的侵蝕，所有與水接觸的混凝土表面應使用精細模板，其他地方可以使用粗制模板。

    核電行業(yè)市場可觀

    核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能，每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運輸量。例如，一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸。核電的另一個優(yōu)勢是干凈、無污染，幾乎是零排放，對于發(fā)展迅速環(huán)境壓力較大的中國來說，再合適不過。

    2007年，中國核電總發(fā)電量628.62億千瓦時，上網(wǎng)電量為592.63億千瓦時，同比分別增長14.61%和14.39%。田灣核電站2臺106萬千瓦的機組分別于2007年5月和8月投入商運，中國核電運行機組達到11臺，運行總裝機容量達907.8萬千瓦。

    截至2007年底，中國電力裝機容量達到7.13億千瓦，全國電力供需繼續(xù)保持總體平衡態(tài)勢。同時，隨著田灣核電站兩臺百萬千瓦核電機組投產(chǎn)，目前全國核電裝機容量已達885萬千瓦。

    2007年全國水電、火電裝機容量均保持超過10％的增長，分別達到1.45億千瓦和5.54億千瓦。而風電并網(wǎng)生產(chǎn)的裝機總?cè)萘縿t實現(xiàn)翻番，達到403萬千瓦。

    中國對于核電的發(fā)展已經(jīng)開始放寬政策，長期以來，中國官方一直強調(diào)要“有限”發(fā)展核電產(chǎn)業(yè)。而在2003年以來，中國出現(xiàn)了全面性能源緊張。在這種情況下，國內(nèi)關(guān)于大力發(fā)展核電產(chǎn)業(yè)的呼聲日益強烈。高層關(guān)于發(fā)展核電的這一最新表態(tài)無疑是值得肯定的，因為它確立了核電產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地步，不但對解決中國長期性的能源緊張有積極意義，而且也是和平時期保持中國戰(zhàn)略威懾能力的理想途徑，可謂“一箭雙雕”。

    中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預計到2010年中國核電裝機容量約為2000萬千瓦，2020年約為4000萬千瓦。到2050年，根據(jù)不同部門的估算，中國核電裝機容量可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億千瓦（約占中國電力總裝機容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約占中國電力總裝機容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占中國電力總裝機容量的10%）。

    中國國家發(fā)展改革委員會正在制定中國核電發(fā)展民用工業(yè)規(guī)劃，準備到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時，核電的比重將占電力總?cè)萘康?%，即是中國核電在2020年時將為3600-4000萬千瓦。也就是說，到2020年中國將建成40座相當于大亞灣那樣的百萬千瓦級的核電站。

    從核電發(fā)展總趨勢來看，中國核電發(fā)展的技術(shù)路線和戰(zhàn)略路線早已明確并正在執(zhí)行，當前發(fā)展壓水堆，中期發(fā)展快中子堆，遠期發(fā)展聚變堆。具體地說就是，近期發(fā)展熱中子反應堆核電站；為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環(huán)的技術(shù)路線，中期發(fā)展快中子增殖反應堆核電站；遠期發(fā)展聚變堆核電站，從而基本上“永遠”解決能源需求的矛盾。

    技術(shù)及市場現(xiàn)狀

    國際核電企業(yè)以日系為中心，形成三足鼎立的局面：日本富士財團的日立―美國通用、日本三井財團的東芝―美國西屋、日本三菱財團的三菱重工―法國阿?，m。日本在核電技術(shù)和市場的壟斷雛形已經(jīng)出現(xiàn)，中國加快發(fā)展核能應用的能源戰(zhàn)略調(diào)整必然受制于日本。

    核電技術(shù)方案

    縱觀核電發(fā)展歷史，核電站技術(shù)方案大致可以分四代，即：

    第一代核電站

    核電站的開發(fā)與建設(shè)開始于上世紀50年代。1954年，前蘇聯(lián)建成電功率為5兆瓦的實驗性核電站：1957年，美國建成電功率為9萬千瓦的shipping port 原型核電站，這些成就證明了利用核能發(fā)電的技術(shù)可行性。國際上把上述實驗性和原型核電機組稱為第一代核電機組。

    第二代核電站

    上世界60年代后期，在實驗性和原型核電機組基礎(chǔ)上，陸續(xù)建成電功率在30萬千瓦的壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核電機組，它們在進一步證明核能發(fā)電技術(shù)可行性的同時，使核電的經(jīng)濟性也得以證明。上世紀70年代，因石油漲價引發(fā)的能源危機促進了核電的大發(fā)展。目前世界上商業(yè)運行的四百多座核電機組絕大部分是在這段時期建成的，習慣上稱之為第二代核電機組。

    第三代核電站

    上世紀90年代，為了解決三里島和切爾諾貝利核電站的嚴重事故的負面影響，世界核電業(yè)界集中力量對嚴重事故的預防和緩解進行了研究和攻關(guān)，美國和歐洲先后出臺了“先進輕水堆用戶要求”文件，即URD文件（utility requirements document）和“歐洲用戶對輕水堆核電站的要求”，即（EUR）文（European utility requirements document），進一步明確了預防與緩解嚴重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。國際上通常把滿足URD文件或EUR文件的核電機組稱為第三代核電機組。對第三代核電機組要求能在2010年前進行商用建造。

    第四代核電站

    2000年1月，在美國能源部的倡議下，美國、英國、瑞士、南非、日本、法國、加拿大、巴西、韓國和阿根廷等十個有意發(fā)展核能的國家，聯(lián)合組成了“第四代國際核能論壇”（GIF），于2001年7月簽署了合約，約定共同合作研究開發(fā)第四代核能技術(shù)。根據(jù)設(shè)想，第四代核能方案的安全性和經(jīng)濟性將更加優(yōu)越，廢物量極少，無需廠外應急，并具備固有的防止核擴散的能力。高溫氣冷堆，熔鹽堆，鈉冷快堆就是具有第四代特點的反應堆。

    第一代核電站為原型堆，其目的在于驗證核電設(shè)計技術(shù)和商業(yè)開發(fā)前景；第二代核電站為技術(shù)成熟的商業(yè)堆，目前在運的核電站絕大部分屬于第二代核電站；第三代核電站為符合URD或EUR要求的核電站，其安全性和經(jīng)濟性均較第二代有所提高，屬于未來發(fā)展的主要方向。

    大家已經(jīng)知道了自然界中放射性是到處存在的，我們一直在接受天然本底的輻照。那么這種天然輻射主要來自哪里？它們的程度又如何哪？天然輻射的“本底”有兩個來源：一個是高能粒子形式的輻射，它來自外層空間，統(tǒng)稱宇宙射線；另一個來源是天然放射性，即天然存在于普通物質(zhì)（如空氣、水、泥土和巖石，甚至食物）中的放射性輻射。另外現(xiàn)代社會中人們還會接觸到各種人為的輻射，如X光檢查，看電視，使用微波爐等。下表按輻射的大小列出了各種本底輻射。從中可以看到人類的吃、用、住、行都會接受微量的放射性輻照，其中受核電廠的輻照是微乎其微的，完全可以忽略不計。

    多強的輻照會對人體造成危害

    輻射對人體的效應是從細胞開始的。它會使細胞的衰亡加速，使新細胞的生成受到抑制，或造成細胞畸形，或造成人體內(nèi)生化反應的改變。
在輻射劑量較低時，人體本身對輻射損傷有一定的修復能力，可對上述反應進行修復，從而不表現(xiàn)出危害效應或癥狀。但如果劑量過高，超出了人體內(nèi)各器官或組織具有的修復能力，就會引起局部或全身的病變。下表為目前國際上公認的輻射的生物效應。從中可以看到：人體能夠耐受一次25雷姆的集中照射而不致遭受損傷。當然各個人的抵抗能力和體質(zhì)是有所不同的。