核汽轮机

核汽轮机在设计和结构方面需考虑一些特殊问题。

转速的选择 随着汽轮机功率的增大，末级叶片增高受到材料许用应力的限制，而提高背压降低排汽体积流量又将使机组热效率降低，因此，70年代起600MW以上的核汽轮机大多采用半速，即对50Hz的电力系统为1500r/min，对于60Hz的为1800r/min。采用半速后，在相同的许用应力条件下，低压转子直径和末级叶片高度均可增大，由此可获得4倍的末级流通截面，解决了全速汽轮机的上述难题。但半速汽轮机的尺寸和质量都大，造价要比同功率的全速汽轮机高。

分缸压力 核汽轮机通常分高压和低压两段，高压缸出口压力一般为(0.10~0.15)p₀(新蒸汽压力)，即0.7~1.1MPa。分缸压力选择的原则是使高压缸排汽湿度不超过12%~14%，并考虑汽水分离再热器的运行条件，使经分离再热后的低压过热蒸汽在低压缸做功后，乏汽湿度亦不超过12%~14%。

低压缸的运行工况与常规汽轮机的低压段相近似。但半速核汽轮机的低压缸因体积庞大，通常采用双层内外缸结构，以降低汽缸的热应力和螺栓应力。

汽水分离再热器 1000MW级核汽轮机设置2台或4台汽水分离再热器，作为机外去湿装置。该装置通常为很大的卧式容器，内设汽水分离器和蒸汽再热器。通过汽水分离再热器对高压缸排汽去湿并再加热，使进入低压缸的蒸汽具有一定的过热度。

机内去湿措施 通常采取下列措施以防止湿蒸汽中水滴对汽轮机部件的冲刷和侵蚀：①在动叶片蒸汽入口侧的背弧上开齿形沟槽，利用动叶片旋转的惯性离心力，将凝结在叶片表面上的水膜顺着齿形沟槽沿圆周方向甩出，进行汽水分离(图2)。②在隔板和叶片围带之间设置环状去湿腔和疏水孔，有效地排出湿蒸汽中的水分。③隔板采用中空静叶片，在静叶片背弧上开槽，水分经槽进入中空叶片内腔，一般抽入凝汽器(图3)。④在低压缸末级和次末级动叶片顶部蒸汽入口处镶嵌硬质合金或经特殊热处理，以抗冲刷腐蚀。⑤在中分面等密封面上堆焊高铬钢等抗腐蚀材料，以防止泄漏蒸汽中水分的侵蚀。

凝汽器 由于核汽轮机蒸汽质量流量为常规高压火电机组的170%~190%，故凝汽器的传热面积和结构尺寸以及循环水系统均需相应增大。有些凝汽器采用循环水单流程结构，即一端进水另一端出水。与常规火电机组的凝汽器一样，循环水分为对称的两半流道，使汽轮机在降低功率运行时可以关闭一半流道进行管板和传热管的清洗。为提高凝汽器的可靠性，防止凝汽器传热管腐蚀，一些海水冷却的核电厂采用钛管作为传热管；为便于监测传热管或管子管板接头泄漏，多采用双层管板结构。

调节系统 通常采用电液调节系统。该系统由电子式调速器、电液转换器和液压执行机构组成，有灵敏度高、动作快、液压执行机构作用力大并便于双向控制等优点。近年来，将微处理机用于电液调节系统，使其灵敏度及稳定性都有很大提高。

核汽轮机使用的新蒸汽通常为压力5~7MPa、湿度为0.4%~0.5%的饱和蒸汽或过热度为25~30℃的微过热蒸汽，其可用比焓降仅为常规高温高压火电机组(压力16~17MPa、温度500~550℃)的60%左右。故核汽轮机新蒸汽的质量流量为同功率常规火电机组的170%~190%，体积流量为其250%~350%，排汽体积流量为其165%~175%。因此，它具有与常规火电厂汽轮机不同的特点：①由于排汽体积流量大，要求增加末级流通截面。一般采用增加流道数目(即增加低压缸数目)和采用半速汽轮机以提高末级叶片高度(全速汽轮机末级叶片高度为900~1000mm，半速汽轮机末级叶片高度为1300~1500mm)来满足要求。②由于排汽余速损失对汽轮机效率有较大影响，故有时采用较高的设计背压(6~10kPa)，以降低排汽体积流量，从而降低余速损失。③由于新蒸汽体积流量大，核汽轮机高压缸一般采用双流结构，且第一级叶片较高使喷嘴调节困难，故一般采用节流调节。④由于新蒸汽为饱和蒸汽或微过热蒸汽，高压缸大多数级在湿蒸汽区工作，而湿蒸汽中水滴对材料的冲刷腐蚀较为严重，故要求采取机内去湿措施和选用适当的材料(或覆面材料)。⑤甩负荷时，由于庞大的汽水分离再热器、给水加热器和抽汽管道等中间容积内的蒸汽膨胀，以及汽缸壁内表面水膜的蒸发，汽轮机超速可达25%~30%，故需采取特殊超速保护措施。通常在汽水分离再热器和低压缸之间的再热蒸汽管道上以及在低压给水加热器的抽汽管道上设置快关蝶阀(大多为两个蝶阀串联)，其关闭时间不超过0.5s，这样有可能将超速限制在6%左右。

用实验方法研究核结构的目的，就是要通过对核结构实验数据的积累，以及对已有实验数据的系统分析，揭示出某些核结构现象的实验规律，为检验现有的各种理论，以及为提出新的物理思想以改进现有的理论提供实验依据。

高自旋态的研究是当前核结构研究中的前沿和热门领域，目前（2013年），立足于利用国内设备做核结构研究的主要有五家，即中国原子能科学研究院、中科院兰州近物所、中科院上海原子核所、清华大学和吉林大学，五家核结构研究得到国家自然科学重点基金(80万元，1997-2000年)的支持，从2000年开始，兰州近代物理研究所、原子能科学研究院、清华大学、北京大学、吉林大学五家联合承担了一个国家重大基础性研究发展规划项目，五家的研究，各有侧重，互不重复，并各有特色。

核模型，即对核子在原子核内的运动提出的解释和设想。由于核力及核多体问题的复杂性，对原子核的结构还不能做到完全的、精确的理论描述，因而只能根据相当数量的实验事实，归纳出几条解释某些核现象的局部规律。

核磁共振是当原子核被磁场磁化时对射频的响应。原子核一般都有净磁矩和角动量（或自旋），当外部磁场出现时，原子核就会围绕外磁场的方向运动，和陀螺围绕地球的重力场运动是一样。如果这些发生自旋的原子核有磁性，且和与外部磁场发生相互作用时，就会产生出可测量的信号。若原子核中的中子数和质子数有一者或两者都为奇数，那么产生核磁共振信号的条件就具备了，如氢核1H，碳13C，氮14N 等。自然界中氢核1H 的含量丰富，具有较高的检测灵敏度，磁矩比较大并且容易产生较强的信号。所以绝大多数的核磁共振技术都是以氢原子核的响应为基础，我们讨论的质子就是氢核。氢原子核有一个质子，是一个很小的具有角动量或自旋的带正电荷的粒子。自旋质子相当于一个电流环，产生一个磁场。两极（南极和北极）对准自旋轴的方向。因此氢核可以认为是一个磁针，其磁轴与核的自旋轴一致。当存在许多氢原子且无外部磁场时，氢核的自旋轴是随机取向的脉冲翻转和自由感应衰减。磁化矢量从纵向翻转到横向平面，通过一个与静磁场 B0垂直的交变磁场 B1来完成。B1的频率必须的等于质子的拉莫尔频率。从量子力学的角度看，如果质子处于低能态，它就会吸收由 B1提供的能量跃迁到高能态。B1还能使质子之间同向进动。由 B1引起的能级的变化和同向进动就称为核磁共振（NMR）。