周思源 湖南省長沙市長郡中學(xué)

淺議核能與核電技術(shù)

周思源 湖南省長沙市長郡中學(xué)

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(jīng)被人類應(yīng)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(shù)進行論述。

核能 核電 核電技術(shù)

1 核能概念

核能（或稱原子能）是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)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(zhì)量，c=光速常量。核能通過三種核反應(yīng)之一釋放：①核裂變，打開原子核的結(jié)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(yīng)堆中可裂變材料(核燃料)進行裂變反應(yīng)所釋放的裂變能。裂變反應(yīng)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(yīng)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(yīng)稱為鏈式裂變反應(yīng)。實現(xiàn)鏈式反應(yīng)是核能發(fā)電的前提。

3 核電應(yīng)用的優(yōu)越性

3.1 核電是濃集安全和經(jīng)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(chǎn)生的熱量相當于1公斤標準煤燃燒后產(chǎn)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(jīng)濟方面都具有優(yōu)越性。

3.2 核能是安全的能源

經(jīng)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(yīng)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(shè)計、管理、操作與設(shè)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(shè)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(dǎo)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(gòu)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(yīng)用

4.1 核反應(yīng)堆

核反應(yīng)堆，又稱為原子反應(yīng)堆或反應(yīng)堆，是裝配了核燃料以實現(xiàn)大規(guī)模可控制裂變鏈式反應(yīng)的裝置。核反應(yīng)堆的合理結(jié)構(gòu)是：核燃料+慢化劑+熱載體+控制設(shè)施+防護裝置。核反應(yīng)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(yīng)。燃料棒由鋯以及鈾等核燃料塊組成。核反應(yīng)會將水加熱，產(chǎn)生華氏550度（約攝氏288度）的高溫蒸汽，再由蒸汽驅(qū)動渦輪發(fā)電。

核反應(yīng)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(zhì)量較小的原子核，同時放出2—3個中子。這裂變產(chǎn)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(yīng)。鏈式反應(yīng)產(chǎn)生大量熱能。用循環(huán)水(或其他物質(zhì))帶走熱量才能避免反應(yīng)堆因過熱燒毀。導(dǎo)出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機發(fā)電。

反應(yīng)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。現(xiàn)在用于原子能發(fā)電站的反應(yīng)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(yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動力設(shè)施。反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)備，鏈式裂變反應(yīng)就在其中進行。將原子核裂變釋放的核能轉(zhuǎn)換成熱能，再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿南到y(tǒng)和設(shè)施，通常稱為核電站。目前世界上核電站常用的反應(yīng)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(yīng)堆。壓水反應(yīng)堆是以普通水作冷卻劑和慢化劑，它是從軍用堆基礎(chǔ)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?cè)萘康?0%以上。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結(jié)構(gòu)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(jié)語

核能開發(fā)利用的前景是光明的，比如核電，核醫(yī)學(xué)，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(yīng)用.[J].學(xué)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(xué)能源知識網(wǎng)：《核反應(yīng)堆的工作原理》