淺議核能與核電技術

周思源 湖南省長沙市長郡中學

淺議核能與核電技術

周思源 湖南省長沙市長郡中學

核能是人類歷史上的一項偉大發(fā)明，核能自從被人類發(fā)現(xiàn)之后就受到了人類的歡迎，甚至被作為是人類能源危機的最終解決途徑，它已經被人類應用于多種方面，如核能發(fā)電、制造原子彈氫彈、煙霧探測器等，其中尤其是核能發(fā)電，給人們生活帶來了很大的便利的同時，也為這個世界節(jié)約了大量的化石能源與森林資源。本文主要對核能的核電技術進行論述。

核能 核電 核電技術

1 核能概念

核能（或稱原子能）是通過轉化其質量從原子核釋放的能量，符合阿爾伯特.愛因斯坦的方程E=mc2，其中E=能量，m=質量，c=光速常量。核能通過三種核反應之一釋放：①核裂變，打開原子核的結合力，也是核電發(fā)展的前提。②核聚變，原子的粒子熔合在一起。③核衰變，自然的慢得多的裂變形式。核能是不可再生能源，但核能是可持續(xù)發(fā)展的能源。

2 核電原理

核能發(fā)電的能量來自核反應堆中可裂變材料(核燃料)進行裂變反應所釋放的裂變能。裂變反應指鈾-235、钚-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個碎片，同時放出中子和大量能量的過程。反應中，可裂變物的原子核吸收一個中子后發(fā)生裂變并放出兩三個中子。若這些中子除去消耗，至少有一個中子能引起另一個原子核裂變，使裂變自持地進行，則這種反應稱為鏈式裂變反應。實現(xiàn)鏈式反應是核能發(fā)電的前提。

3 核電應用的優(yōu)越性

3.1 核電是濃集安全和經濟的能源

首先，核能是高度濃集的能源，核電站可建立在最需要用電的地方，不受燃料運輸?shù)南拗?。l公斤鈾裂變產生的熱量相當于1公斤標準煤燃燒后產生熱量的270萬倍。因此，核電站特別適合于缺乏常規(guī)能源而又急需用電的地區(qū)，如我國的東南、華南地區(qū)．核能是后備儲量最豐富的能源，鈾在地球上的儲量相當豐富，等于有機燃料儲量的20倍。在安全與經濟方面都具有優(yōu)越性。

3.2 核能是安全的能源

經過幾十年的發(fā)展和完善，核電站已成為最安全的部門之一。我國核工業(yè)多年的安全記錄就是良好的佐證。一座反應堆運行一年稱為一堆年，三里島事故之前，全世界商用核電站已運行了1400堆年。三里島事故是鑒于設計、管理、操作與設備的缺陷交織在一起而造成的十分罕見的事故，只要其中任何一個環(huán)節(jié)的問題得到排除，就不可能出現(xiàn)這樣的后果。事故后果也沒有輿論宣傳的那樣嚴重，事故中主要安全系統(tǒng)全都自動投入，有專家認為這從反面證實了核電站的安全性。1986年4月蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站又出現(xiàn)了重大事故，專家們認為原蘇聯(lián)核電站特別是早期的，安全設施較差，沒有安全殼．而事故的直接原因是由于在進行某一試驗時違反操作規(guī)程，導致信號指示和控制系統(tǒng)沒有起作用。如今國際原子能機構和各國的國家安全部門都建立了一系列的安全法規(guī)和準則，對核電站的安全進行了嚴格的管理。

4 核電應用

4.1 核反應堆

核反應堆，又稱為原子反應堆或反應堆，是裝配了核燃料以實現(xiàn)大規(guī)?？煽刂屏炎冩準椒磻难b置。核反應堆的合理結構是：核燃料+慢化劑+熱載體+控制設施+防護裝置。核反應堆的中心部分包括水和燃料棒，以此啟動受到控制的核反應。燃料棒由鋯以及鈾等核燃料塊組成。核反應會將水加熱，產生華氏550度（約攝氏288度）的高溫蒸汽，再由蒸汽驅動渦輪發(fā)電。

核反應堆的工作原理如下：當鈾235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質量較小的原子核，同時放出2—3個中子。這裂變產生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變。如此持續(xù)進行就是裂變的鏈式反應。鏈式反應產生大量熱能。用循環(huán)水(或其他物質)帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒毀。導出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機發(fā)電。

反應堆的類型很多，但它主要由活性區(qū)，反射層，外壓力殼和屏蔽層組成?；钚詤^(qū)又由核燃料，慢化劑，冷卻劑和控制棒等組成?，F(xiàn)在用于原子能發(fā)電站的反應堆中，壓水堆是最具競爭力的堆型（約占61%），沸水堆占一定比例（約占24%），重水堆用的較少（約占5%）。

4.2 核電站

核電站就是利用一座或若干座動力反應堆所產生的熱能來發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動力設施。反應堆是核電站的關鍵設備，鏈式裂變反應就在其中進行。將原子核裂變釋放的核能轉換成熱能，再轉變?yōu)殡娔艿南到y(tǒng)和設施，通常稱為核電站。目前世界上核電站常用的反應堆有壓水堆、沸水堆、重水堆和改進型氣冷堆以及快堆等。但用的最廣泛的是壓水反應堆。壓水反應堆是以普通水作冷卻劑和慢化劑，它是從軍用堆基礎上發(fā)展起來的最成熟、最成功的動力堆堆型。壓水堆核電站占全世界核電總容量的60%以上。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結構緊湊、安全可靠、建造費用低和負荷跟隨能力強等優(yōu)點。它們都需使用低富集鈾作燃料。

5 結語

核能開發(fā)利用的前景是光明的，比如核電，核醫(yī)學，核潛艇等，但發(fā)展核能的同時也要考慮核能的安全作用，因為一旦發(fā)生危害，弊將遠遠大于利。

[1]張金龍，核能的發(fā)展與應用.[J].學科研究報告，2011（04）

[2]韋中桑.漫談核能的歷史.[M].現(xiàn)代物理知識，2005，（03）

[3]哈爾濱工業(yè)大學能源知識網：《核反應堆的工作原理》