如何建造核反应堆？

1.核反应堆及其组成核反应堆是能够维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能向热能转化的装置。核反应堆是核电站的心脏，在这里进行核裂变链式反应。1942年，美国芝加哥大学建成了世界上第一台自持链式反应装置，开启了核能利用的新时代。反应堆由堆芯、冷却系统、减速系统、反射层、控制和保护系统、屏蔽系统和辐射监测系统组成。堆芯燃料:反应堆的燃料不是煤或石油，而是裂变材料。U-235是唯一的天然裂变材料，在天然铀中的含量仅为0.711%。另外两种同位素U-238和U-234分别占99.238%和0.0058%，后两种不易裂变。此外，反应堆或加速器生产的裂变材料有两种，U-233和Pu-239。这些裂变材料用于制造金属、金属合金、氧化物、碳化物和其他形式的反应堆燃料。燃料包壳:为了防止裂变产物逸出，一般燃料需要用铝、锆合金、不锈钢等包壳材料包裹。控制和保护系统中的控制棒和安全棒:为了将链式反应的速率控制在预定的水平，需要将中子吸收材料制成吸收棒，称为控制棒和安全棒。控制棒用于补偿燃料消耗和调节反应速率；安全杆用于快速停止连锁反应。吸收体材料一般为硼、碳化硼、镉、银铟镉等。冷却系统中的冷却剂:为了将裂变热导出，反应堆必须有冷却剂。常用的冷却剂有轻水、重水、氦气和液态金属钠。慢化剂系统中的慢化剂:由于慢中子更容易引起铀-235的裂变，而中子是快中子，有些反应堆需要放能使中子减速的材料，这种材料称为慢化剂。一般慢化剂包括水、重水和石墨。反射层:反射层布置在有源区周围，可以是重水、轻水、铍、石墨或其他材料。它可以将从有源区逃逸的中子反射回来，减少中子的泄漏。屏蔽系统:在反应堆周围设置屏蔽层，以减少中子和γ剂量。辐射监测系统:该系统可以在早期监测和检测放射性泄漏。2.反应堆的结构形式和分类反应堆的结构形式多种多样，可根据燃料形式、冷却剂类型、中子能量分布形式、特殊设计需要等因素建成各种类型的反应堆。目前世界上大大小小的反应堆有几千个，分类也多种多样。按能量分，有热中子和快中子引起裂变的热中子和快堆。按冷却剂分，有轻水反应堆，即普通水反应堆(分为压水堆和沸水堆)、重水反应堆、气冷堆和钠冷堆。有:(1)研究试验堆:用于研究中子特性，利用中子研究物理、生物、辐射防护和材料科学；(2)生产反应堆，主要生产新的裂变材料，如铀-233和钚-239；(3)动力堆，利用核裂变产生的热能广泛用于船舶推进动力和核能发电。反应器的分类如下表所示。3.研究实验堆是指用作实验研究工具的反应堆，不包括为研究和发展特定堆型而建造的反应堆，如原型堆、零功率堆和各种模型堆。研究实验堆的实验研究领域非常广泛，包括反应堆物理、反应堆工程、生物、化学、物理、医学等。同时还可以生产各种放射性同位素，培养反应堆科学家和技术人员。研究实验堆有很多种，如游泳池研究实验堆，水在其中起慢化剂、反射体和冷却剂的作用，同时也起着主要的屏蔽作用。因为水池常被做成像游泳池一样的长圆形，所以得名。罐研究和实验堆:由于较高的工作温度和较大的冷却剂流量只能在加压系统中实现，所以必须采用加压罐结构。重水研究实验堆:重水的中子吸收截面小，允许使用天然铀燃料，其特点是临界质量大，中子通量密度低。如果要降低临界质量，获得高的中子通量密度，应该用浓缩铀代替天然铀。此外，还有固体慢化剂研究实验堆、均质研究实验堆和快中子实验堆。4.生产反应堆主要用于生产裂变材料或其他材料，或用于工业规模的辐照。生产堆包括产钚堆、产氚堆、产钚和产氚两用堆、产同位素堆和大型辐照堆。除非另有说明，生产反应堆通常指生产钚的反应堆。反应堆结构简单，生产堆中的燃料元件既是燃料又是生产钚-239的原料。中子来自天然铀成分中的U-235。U-235的裂变中子产额为2-3。除了维持裂变反应所需的中子外，剩余的中子被U-238吸收，可以转化为Pu-239，燃烧1个U-235原子平均可以得到0.8个钚原子。热核燃料氚也可以由生产反应堆产生。重水生产堆的产氚量比石墨生产堆高7倍。5.动力反应堆世界上的动力反应堆可分为海底动力反应堆和商用发电反应堆。核潜艇通常使用压水反应堆作为动力装置。商业规模核电站使用的反应堆主要有压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆和快堆。