浅议核能与核电技术

2017-07-25周思源湖南省长沙市长郡中学

数码世界 2017年7期

周思源湖南省长沙市长郡中学

浅议核能与核电技术

周思源湖南省长沙市长郡中学

核能是人类历史上的一项伟大发明，核能自从被人类发现之后就受到了人类的欢迎，甚至被作为是人类能源危机的最终解决途径，它已经被人类应用于多种方面，如核能发电、制造原子弹氢弹、烟雾探测器等，其中尤其是核能发电，给人们生活带来了很大的便利的同时，也为这个世界节约了大量的化石能源与森林资源。本文主要对核能的核电技术进行论述。

核能核电核电技术

1 核能概念

核能（或称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特.爱因斯坦的方程E=mc2，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放：①核裂变，打开原子核的结合力，也是核电发展的前提。②核聚变，原子的粒子熔合在一起。③核衰变，自然的慢得多的裂变形式。核能是不可再生能源，但核能是可持续发展的能源。

2 核电原理

核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。

3 核电应用的优越性

3.1 核电是浓集安全和经济的能源

首先，核能是高度浓集的能源，核电站可建立在最需要用电的地方，不受燃料运输的限制。l公斤铀裂变产生的热量相当于1公斤标准煤燃烧后产生热量的270万倍。因此，核电站特别适合于缺乏常规能源而又急需用电的地区，如我国的东南、华南地区．核能是后备储量最丰富的能源，铀在地球上的储量相当丰富，等于有机燃料储量的20倍。在安全与经济方面都具有优越性。

3.2 核能是安全的能源

经过几十年的发展和完善，核电站已成为最安全的部门之一。我国核工业多年的安全记录就是良好的佐证。一座反应堆运行一年称为一堆年，三里岛事故之前，全世界商用核电站已运行了1400堆年。三里岛事故是鉴于设计、管理、操作与设备的缺陷交织在一起而造成的十分罕见的事故，只要其中任何一个环节的问题得到排除，就不可能出现这样的后果。事故后果也没有舆论宣传的那样严重，事故中主要安全系统全都自动投入，有专家认为这从反面证实了核电站的安全性。1986年4月苏联切尔诺贝利核电站又出现了重大事故，专家们认为原苏联核电站特别是早期的，安全设施较差，没有安全壳．而事故的直接原因是由于在进行某一试验时违反操作规程，导致信号指示和控制系统没有起作用。如今国际原子能机构和各国的国家安全部门都建立了一系列的安全法规和准则，对核电站的安全进行了严格的管理。

4 核电应用

4.1 核反应堆

核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。核反应堆的合理结构是：核燃料+慢化剂+热载体+控制设施+防护装置。核反应堆的中心部分包括水和燃料棒，以此启动受到控制的核反应。燃料棒由锆以及铀等核燃料块组成。核反应会将水加热，产生华氏550度（约摄氏288度）的高温蒸汽，再由蒸汽驱动涡轮发电。

核反应堆的工作原理如下：当铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2—3个中子。这裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气，推动气轮机发电。

反应堆的类型很多，但它主要由活性区，反射层，外压力壳和屏蔽层组成。活性区又由核燃料，慢化剂，冷却剂和控制棒等组成。现在用于原子能发电站的反应堆中，压水堆是最具竞争力的堆型（约占61%），沸水堆占一定比例（约占24%），重水堆用的较少（约占5%）。

4.2 核电站

核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。将原子核裂变释放的核能转换成热能，再转变为电能的系统和设施，通常称为核电站。目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等。但用的最广泛的是压水反应堆。压水反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂，它是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。压水堆核电站占全世界核电总容量的60%以上。沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料。