新型核能技术：概念、应用与前景

　　1 概述/1
　　1.1 核能与宇宙的演变4
　　1.2 放射性的发现5
　　1.3 中子的发现与原子有核模型的建立5
　　1.4 自持链式裂变反应的实现6
　　1.5 核电工业发展历程8
　　1.6 热核聚变能技术10
　　参考文献13
　　2 核物理基础/14
　　2.1 原子与原子核14
　　2.1.1 原子与原子核的结构和电荷14
　　2.1.2 原子与原子核的质量15
　　2.1.3 原子核的尺度与密度16
　　2.1.4 原子核的微观物理特性17
　　2.2 放射性与原子核的稳定性18
　　2.2.1 放射性衰变的基本规律18
　　2.2.2 原子核的结合能与比结合能23
　　2.2.3 原子核的β稳定性27
　　2.3 射线与物质的相互作用28
　　2.3.1 重带电粒子与物质的相互作用28
　　2.3.2 电子与物质的相互作用29
　　2.3.3 γ射线与物质的相互作用30
　　2.4 原子核反应32
　　2.4.1 原子核反应的守恒定律与反应道33
　　2.4.2 核反应的反应能34
　　2.4.3 核反应截面与产额35
　　2.4.4 核反应过程36
　　2.5 中子物理学基础38
　　2.5.1 中子与物质相互作用39
　　2.5.2 核裂变与核聚变40
　　2.5.3 中子慢化与扩散44
　　参考文献48
　　3 商用核电技术/49
　　3.1 核裂变反应堆物理热工设计49
　　3.1.1 链式裂变反应与反应堆临界49
　　3.1.2 反应堆时空动力学51
　　3.1.3 反应性、反应性系数与剩余反应性52
　　3.1.4 反应堆释热与冷却54
　　3.1.5 核电厂工程热力学与能量转换系统59
　　3.2 现有商用核电技术61
　　3.2.1 压水堆核电厂62
　　3.2.2 沸水堆核电厂64
　　3.2.3 重水堆核电厂67
　　3.2.4 气冷堆与高温气冷堆核电厂69
　　3.2.5 石墨慢化水冷堆核电厂73
　　3.2.6 液态金属冷却快堆核电厂75
　　3.3 商用核电厂的核燃料循环技术78
　　3.3.1 天然铀或低浓铀燃料一次通过79
　　3.3.2 MOX燃料循环80
　　3.3.3 低浓铀PWR+CANDU两次通过81
　　3.3.4 快堆闭式燃料循环81
　　3.3.5 钍铀燃料循环84
　　参考文献85
　　4 核安全与核能经济竞争力/86
　　4.1 核电厂的安全性86
　　4.1.1 核电厂的核安全风险88
　　4.1.2 “纵深防御”原则89
　　4.1.3 核电厂设计基准事故与超设计基准事故91
　　4.1.4 核电厂的安全文化92
　　4.1.5 核电厂的安全监管93
　　4.2 核电厂核安全专设系统94
　　4.2.1 临界安全及反应性控制95
　　4.2.2 反应堆冷却剂系统完整性保护96
　　4.2.3 余热排出及最终热阱96
　　4.2.4 安全壳完整性保护98
　　4.3 核电厂的安全性与经济性的关系99
　　4.3.1 安全系统与安全功能的冗余100
　　4.3.2 非能动安全或固有安全：核电厂设计理念的革新101
　　4.3.3 核安全风险管理102
　　参考文献102
　　5 中国核电技术发展现状/103
　　5.1 中国核能工业发展的历史回顾103
　　5.1.1 核武器的自主研发105
　　5.1.2 核潜艇的自主研发106
　　5.1.3 核反应堆的自主研发107
　　5.1.4 核电厂技术的自主研发108
　　5.1.5 核电厂技术的引进、消化和国产化109
　　5.2 中国核电技术发展的技术路线110
　　5.2.1 压水堆快中子增殖堆聚变堆技术路线110
　　5.2.2 高温气冷堆的作用111
　　5.2.3 CANDU堆的作用112
　　5.2.4 压水堆标准化与核电技术多样化113
　　5.2.5 中国核燃料循环工业114
　　5.3 中国核能中长期发展前景115
　　5.3.1 中国核电的潜在市场116
　　5.3.2 中国核电工业发展的技术选择116
　　5.3.3 中国核电工业发展的基础117
　　参考文献119
　　6 核能的新纪元/120
　　6.1 全球气候变暖与核能的新机遇120
　　6.1.1 全球气候变暖的现状120
　　6.1.2 减少温室气体排放的全球行动121
　　6.1.3 核能在全球减少温室气体排放行动中的潜力121
　　6.2 核能：大规模电力生产的主要低碳能源122
　　6.3 迎接核能新纪元的技术准备123
　　6.3.1 近期能建造的第三代先进商用核电技术124
　　6.3.2 中长期可持续发展的第四代先进核能系统126
　　6.3.3 核能的工艺热应用135
　　6.3.4 防止核扩散137
　　6.3.5 乏燃料的处置138
　　6.3.6 核能的公众接受性138
　　参考文献139
　　7 未来的新型核能/140
　　7.1 加速器驱动的清洁核能系统140
　　7.1.1 质子加速器驱动的次临界少锕材料嬗变焚烧器141
　　7.1.2 质子加速器驱动的次临界能量放大器143
　　7.2 磁约束核聚变及聚变系统144
　　7.2.1 托卡马克等离子体磁约束技术的发展现状146
　　7.2.2 国际热核聚变实验反应堆ITER计划147
　　7.2.3 氚增殖包层技术与未来商用磁约束核聚变发电系统148
　　7.3 聚变-裂变混合堆149
　　7.3.1 聚变中子源驱动的液态锂铅冷却次临界混合堆150
　　7.3.2 聚变中子源驱动的深度次临界水冷产能混合堆151
　　7.4 惯性核聚变系统152
　　7.4.1 激光束直接点火154
　　7.4.2 激光束间接点火155
　　7.4.3 Z-箍缩点火155
　　7.4.4 高效核爆核聚变发电系统156
　　参考文献157
　　8 中国核能可持续发展战略/158
　　8.1 核燃料资源可持续性供应的保障158
　　8.2 核能可持续发展的技术保障161
　　8.3 核能可持续发展的法律与金融保障164
　　8.4 核能可持续发展的研发创新能力保障165
　　8.5 核能工业可持续发展的人力资源保障165
　　结束语166
　　参考文献168

　　    周志伟，清华大学核能与新能源技术研究院教授，博士生导师，国家磁约束聚变专家委员会委员，磁约束核聚变教育部研究中心学术委员会委员，教育部ICF重大专项专家组成员，《原子能科学技术》和《核电》编委，全国反应堆热工流体专业委员会委员。于1989年和1984年在清华大学核能技术设计研究院分别获反应堆工程与安全专业工学博士及工学硕士学位；1982年清华大学工程物理系反应堆专业毕业，获工学学士学位。1987～1997年期间，先后在苏黎世瑞士联邦理工大学（EHTZ）做访问研究、博士后研究及研究助理工作，并于1996年获瑞士ETHZ技术科学博士学位；1997～1998年在德国核设施与反应堆安全（GRS）研究中心工作。1998年11月～1999年5月在大亚湾核电厂培训中心任模拟机评标技术专家；1999～2002年任清华大学核能与新能源技术研究院反应堆理论研究室主任，2002年11月至今任堆工所副所长。近期相关主要研究工作包括：高温气冷堆全范围实时模拟机技术研究；核电站严重事故氢风险分析及堆芯损坏评价研究；聚变堆及聚变一裂变混合能源堆包层物理分析及关键技术研究，在国际国内学术期刊及国际会议发表论文超过100篇。在清华大学讲授《应用核物理》、《能源工业中的多相流模拟计算》及《新能源概论一核能篇》等研究生学位课程。

　　    《新型核能技术：概念、应用与前景》介绍了新型核能技术的相关知识。具体内容包括概论，核物理基础，商用核电技术，核安全与核能经济竞争力，中国核电技术发展现状，核能的新纪元，未来的新型核能，中国核能可持续发展战略。 读者对象：从事核能利用行业的科研、技术、管理人员；高校相关专业师生可以参考使用。