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第三章

压水堆核电厂

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我国正在运行的核电机组（除秦山三期）全部为压水堆堆型，
作为一种技术相当成熟的堆型，具有以下特点：

1．压水堆以轻水作慢化剂及冷却剂，反应堆体积小，建设
周期短．造价较低。
2．压水堆采用低富集度铀作燃料，铀的浓缩技术已经过关。
3．压水堆核电厂有放射性的一回路系统与二回路系统相分
开，放射性冷却剂不会进入回路而污染汽轮机，运行、
维护方便，需要处理的放射惮废气、废水、废物量较少。

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压水堆主要运行参数

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教学内容
本章将以大亚湾核电厂为例，详细介绍
压水反应堆本体结构：
堆芯组件：核燃料组件＋控制棒组件＋堆芯功能组件；
堆内构件及其作用：上下支承组件，压紧弹簧组件，导向管
反应堆压力容器的结构、选材和运行特点
控制棒驱动机构的结构和工作原理；
堆内测量支承结构
安全壳结构及系统功能

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核电厂主回路系统简介

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主、辅助系统

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3.1压水堆堆芯（reactorcore）

堆芯设计满足的一般要求：
1堆芯功率分布尽量均匀，以便堆芯有最大的功率输出
2尽量减少堆芯内不必要的中子吸收材料，提高中子经济性
3要有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力
4有较长的堆芯寿命，适当的减少换料操作次数
5堆芯结构紧凑，换料要简易方便。

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典型压水堆压力容器与堆芯结构原理图9
堆芯横截面图
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压
水
堆
纵
剖
面
图

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压水堆燃料管理
棋盘式布局分区倒料
后备反应性及其控制：

调节硼浓度，慢速变化
控制棒，快速变化，停堆
可燃毒物棒，初装料
补偿初装料的过剩反应性，
使冷却剂中的含硼浓度减少
到使其温度系数为负值。保
证反应堆的固有安全性。

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压水堆堆芯组件

核燃料组件
棒束控制棒组件
可燃毒物组件
中子源组件
阻力塞组件

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核燃料组件

采用无盒、带指形控制组件的
棒束型燃料组件。
主要结构：燃料棒＋骨架
骨架（书）：上下管座，8
层定位格架，导向管
采用17×17=289=264+24+1正
方形排列:
264燃料棒
24导向管
1中子测量管

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17×17结构

在每一组件的289
个可利用的空位
中
燃料棒占据264个
其余的空位装有
24根控制棒导向
管和1根堆内测
量导管

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棒状燃料元件棒
结构组成:
选材原则：限制燃料和包壳
的使用温度
包壳的作用以及选材特点
机械强度；第一道屏障

锆氢反应？如何何防止？1内2外
集气空腔盒充填气体作用：
轴向空腔和径向间隙作用，
预冲压氦气技术作用

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芯块的结构特点

结构尺寸：圆柱体形
何谓“环脊”现象
为何采用碟形加倒角的结
构形式
如何防止辐照肿胀的破坏：
1碟形加倒角2制孔剂
芯块密度的选择:
对导热系数有很大影响

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燃料元件包壳
材料：锆－4合金
燃料元件包壳壁厚的选择
结构强度周向变形不超过1%
化学含氢量低压250ppm,不能高于600ppm
腐蚀寿期内腐蚀深度应低于原壁厚的10%.
一定的安全裕度水力振动,热应力
外径9.5mm,壁厚0.57mm,芯块直径8.19mm
包壳内壁与燃料芯块的径向间隙大小与间隙的导热系数
有密切关系，是影响芯块温度的重要因素，同时芯块的
各种特性如导热系数，裂变气体的释放，蠕变和塑性形
变等也都随温度变化。
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“骨架”结构
定位格架
控制棒导管
中子通量测量导管
上管座
下管座

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定位格架
8层定位格架的作用
材料及结构特点
混流翼

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控制棒导向管

材料：锆－4合金
作用：为控制棒插入抽出提供导向通道
结构特点：锥形缓冲段，流水孔
中子通量测量管
材料：锆－4合金
作用：

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下管座

上管座

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控制棒组件

结构组成：24跟吸收剂棒＋星形架
组件数目保证：卡棒准则，功率
分布，弹棒事故

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控制棒组件

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星形架

结构特点：
毂环，
翼片，
指形连接柄

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吸收剂棒

黑棒灰棒
材料银－铟－镉不锈钢
结构：二者相似
黑棒束控制组件：24根黑棒
灰棒束控制组件：8根黑棒＋16根灰棒

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堆芯相关组件

可燃毒物组件，初级中子源组件，次级中子源组件，
阻力塞组件
结构上的共同点：
支承结构：一个压紧组件形成的支承结构
24根棒束
24根棒可能全部是阻力塞,可能是可燃毒物棒与阻力塞
的组合,还可能包含所有四种棒.

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压紧组件

轭板、
弹簧导向筒、
底板
内外两圈螺旋弹簧、
304不锈钢材料

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可燃毒物组件

作用：用于第一燃料循环，
降低硼浓度，保证慢化
剂的负温度系数
可燃毒物材料：硼玻璃管

（B2O3+SiO2）
初装料：48×12(棒)＋
18×16(棒)+2×16=89