核电站提供了世界上大约17%的电能,一些国家或地区对核电的依赖,要比其他发电方式更高。
1954年在库尔恰托夫的主持下,苏联建成了世界上第一座核电站———奥布灵斯克核电站。
根据国际原子能机构提供的数据,全世界有超过400座的核电站,其中,美国超过100座。 然而,日本地震所引发的核电站事件,把全世界推向了核能恐慌之中。
在瑞士,3座已经经过批准的核电站建设项目被立即“下马”;德国总理宣称计划放弃核能;就连中国, 也表示将暂时不再审批新的核电站。
2011年,核电站已走过57个年头,它一直没有走出我们的视线,却一直蒙着神秘的面纱……
在法国,大约75%的电是由核电站生产的。在美国,核电站提供了大约15%的电能,虽然各州利用核电的情况并不统一。
核能发电有一个重要的优点———非常清洁。从环保角度来看,核电站相比火电站,简直就是做到了极致;核燃料能量密度比化石燃料高上几百万倍,一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送。
而火电站不仅向大气释放的放射性物质要比核电站多,而且,它还向大气释放出大量的碳、硫和其他元素。
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“铀”发裂变
如果除去核反应堆,核电站和火电站除了生成蒸汽的热源不同外,差异很少。
而建造一个核反应堆需要一种特别的铀。 铀是地球上一种相当普通的元素,在地球形成时就存在于这个行星中了。而最有价值的,是铀-235。
虽然,铀-235占据了所有铀存量中的0.7%,但它有一个奇特的特性,那就是:它是少数能够诱发裂变的物质之一。它既可以用于核能发电,也可以用于制造核弹。
除了铀-235之外,核电站的另一种燃料就是:钚-239。钚-239可以使用中子轰击铀-238而得到———这是核反应堆中时时刻刻发生着的事。
铀-235原子捕捉一个正在穿过的中子的概率非常高。
在正常工作的核反应堆中(称为临界状态),每次裂变释放出的中子都会导致另一次裂变的发生。而,铀-235原子捕捉中子并发生分解的过程非常迅速,单位以皮秒计算(1皮秒=一万亿分之一秒)。
当单个原子分解时,会有巨大的能量通过热和伽马辐射的形式释放出来。
所有核电站反应堆的基本原理都是利用核裂变反应,对水进行加热并将其转化为蒸汽。再用蒸汽推动蒸汽轮机,而蒸汽轮机则带动发电机来发电。
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密闭结构里的反应
通常,铀被制作成直径相当于一枚硬币大小、长度为2.5厘米左右的燃料元件。燃料元件被安装到长燃料棒中,燃料棒又被组装成燃料组件。
燃料组件通常被浸泡在压力容器中,容器中的水起冷却作用。
为使反应堆工作,浸泡在水中的燃料组件必须处于稍微超临界的状态。这意味着,如果没有其他设备,铀最终将会过热并熔化。
为防止这种情况出现,由吸收中子的材料制成的控制棒通过升降装置插入到燃料组件中,操作员通过升降控制棒来控制核反应的程度。
当操作员希望铀堆芯产生更多的热量时,可将控制棒从铀燃料组件中升起。要使热量减少,则降低控制棒以插入到铀燃料组件中。在发生事故或者更换燃料时,控制棒还能被完全插入铀燃料组件中以关闭核反应堆。
铀燃料组件是一个能够产生极高能量的热源,它加热水并将其转化为蒸汽。蒸汽推动蒸汽轮机,而汽轮机则带动发电机来发电。
在某些反应堆中,反应堆产生的蒸汽通过二级中介热交换装置,将另一个回路的水加热为蒸汽来转动汽轮机。这种设计的好处是:放射性的水或者水蒸气不会接触到汽轮机。
同样,在某些反应堆中,与反应堆堆芯接触的冷却流体是气体(如二氧化碳)或者液态金属(如钠或钾),这种类型的反应堆允许堆芯在更高的温度下工作。 反应堆的压力容器通常被放置在一个用作辐射防护的混凝土衬里内。
这个衬里被安装在一个更大的钢制密闭容器中,这个容器中有反应堆堆芯以及供工作人员维护反应堆的硬件设施(吊车等),容器的作用是防止放射性气体或液体泄漏。 (责任编辑:鑫报)