核电站反应堆的原理是什么样的?

核电站反应堆的原理是什么样的?

裂变链式反应指的是以中子为媒介而维持的自持的裂变反应。当一个中子引铀核裂变时，同时放出2个～3个中子，如果这些中子再引起其他铀核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应。根据一次反应所直接引起的反应次数平均小于、等于或大于1，链式反应可分为次临界的、临界的或超临界三种。

超临界：中子的产生率>中子的消失率，核物质就处于超临界状态，不加以控制就会发生超临界事故甚至核爆；

比如：原子弹是利用高浓缩铀（90% 以上）铀-235等易裂变物质为燃料，进行不可控的裂变链式反应。原子弹设计的基本原理是使最初处于次临界状态的裂变装料在瞬间达到超临界状态，并适时地用中子源提供适量中子，触发裂变链式反应并发生核爆炸。

次临界：反应堆首次装料完毕后，所有控制棒处于全部插入堆芯的位置，一回路冷却剂中含有较高硼浓度，中子几乎都被吸收。这时中子的产生率<中子的消失率，堆芯处于次临界状态，而且是深度次临界。

临界：中子的产生率=中子的消失率。这也是反应堆控制所要达成的目标。于是，我们需要：

不难看出，控制棒是不在燃料棒里面的（题主Q1）。

控制棒如何控制链式反应？控制中子数量，保持反应临界。注意，题主问为什么控制棒不在燃料棒包壳里面怎么控制核反应，中子尺寸远小于燃料包壳材料原子间缝隙，因此中子是一个全局量。

控制棒是由硼和镉等易于吸收中子的材料制成的。

如何操作控制棒：核反应压力容器外有一套机械装置可以操纵控制棒。控制棒完全插入反应中心时，能够吸收大量中子，以阻止链式反应的进行。如果把控制棒拔出一点，反应堆就开始运转，链式反应的速度达到一定的稳定值；如果想增加反应堆释放的能量，只需将控制棒再抽出一点，这样被吸收的中子减少，有更多的中子参与裂变反应。要停止链式反应的进行，将控制棒完全插入核反应中心吸收掉大部分中子即可。

形象一点，控制棒对堆得控制可以参考汽车的油门和刹车对车速的控制。

用过的燃料会被置换出来，称之为乏燃料，一般情况下，乏燃料的辐射边界是完整的，也就是燃料包壳一般完整。但是它含有大量未用完的可增殖材料铀-238或钍-232，未烧完的和新生成的易裂变材料钚-239、铀-235或铀-233以及核燃料在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素，另外还有裂变元素锶-90、铯-137、锝-99等。因此即使无法继续维持反应。乏核燃料中包含的以上放射性元素依旧会产生巨大的辐射危害。这些辐射就包括各种微观粒子，这些东西是无法被燃料包壳隔开的，甚至需要几米厚的水泥墙才能有效防护辐射危害。

核反应堆启动时，水里有大量辐射。而且这不是煮饺子，把盖子盖上，恕我直言，答道这里我乐了。堆芯一般都是深埋在硼水中的，硼水可以吸收中子，反应堆启动时候闪现的蓝光是切伦科夫辐射，“在水里，光的速度只是它在真空里速度的75%。因此，一些物质如高能带电粒子有可能在水中移动得比光快。在这种情况下，媒介中﹙例如水﹚原子的电子会受激发到更高能级继而瞬间发出弱电磁波﹙或者光子，即是光﹚。这样产生的电磁波会追及较早之前发出的电磁波而增强。一个电磁冲击波就如此形成，称为切伦科夫辐射。” 手懒，引这位小哥的一段回答，@胡垚

压力容器是封闭，控制棒的控制采用电控，具体实施组件叫做控制棒驱动机构，由类似步进电机的操作模式来控制控制棒的落棒深度。

最后，贴个视频，感受下堆芯启动的震撼。