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在核电站的核心区域,存在着一个至关重要的部分,那就是我们所说的堆芯。它就像是反应堆的"心脏",被安放在压力容器的中心位置。堆芯主要由燃料组件构成,这些组件的构造原理类似于锅炉中的燃料块,扮演着"原子锅炉"的燃烧基础。燃料芯块由纯度较高的二氧化铀烧结而成,含有约2%至4%的可裂变物质铀-235,形状呈小圆柱体,直径仅为9.3毫米。
为了便于操作和管理,这些燃料芯块被封装在两端密封的锆合金包壳管中,形成了长约4米、直径约10毫米的燃料元件棒。这些元件棒被整齐地排列成200多根,按照正方形布局,借助定位格架固定,共同构成了燃料组件。每一座压水堆通常由121到193个这样的组件构成,这意味着需要大量的燃料棒,总计数万根,同时二氧化铀芯块的数量也在千万级别。
堆芯的设计并非单纯为了燃料的燃烧,还包含了其他重要组成部分。例如,控制棒和含硼的冷却水(冷却剂)。控制棒主要由银铟镉材料制成,包裹在不锈钢壳内,其功能是吸收反应堆中的中子,以调节核反应的速率。控制棒的粗细与燃料棒相近,通过棒束型结构,可以精确控制反应堆的运行状态。
在应对紧急情况时,控制棒的作用尤为关键。一旦反应堆出现故障,通过快速插入足够数量的控制棒,可以在短时间内降低反应堆的活动,确保反应堆的安全运行。这就是堆芯在核电站中不可或缺的角色,它不仅负责能量的生成,还承担着保障反应堆稳定运行的责任。