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。例如,根据 您了解核电站的工作原理以及核能的安全性吗?在这篇文章中,我们将为您介绍核反应堆和核电站的工作原理,并带您了解核裂变的原理以及核反应堆的内部情况。 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。铀原本是在 铀-235有一个奇特的特性让它既可以用于核能发电也可以用于制造 核裂变 下面的动画演示了一个中子从上部接近铀-235的原子核。一旦原子核捕捉到中子,它马上分解为两个轻一些的 核电站内部 建造一个核反应堆需要浓度低一些的铀。通常,铀被制作成直径相当于10美分硬币左右,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,燃料棒被进一步组装成燃料组件。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。它对水进行加热并将其转化为蒸汽。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汽不会接触到汽轮机。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。 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。 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)。该容器的作用是防止 最后,这个密闭容器被外部的混凝土建筑保护,它的强度能够承受喷气式飞机的撞击。这些二级密闭结构对防范如在 哈里斯发电站冷却塔中升起的蒸汽。 铀-235并不是核电站中唯一可用的燃料。核电站的另一种燃料是钚-239。钚-239 可以使用中子轰击铀-238得到——这就是核反应堆中时时刻刻发生着的事。 亚临界、临界和超临界状态 铀-235原子分裂时会(根据分裂方式的不同)释放出两个或三个中子。如果附近没有铀-235原子,那么这些中子将会以中子射线的方式飞走。如果铀-235原子是一块铀的一部分——那么附近就有其他铀原子——于是将会发生下面三种情况: 燃料中铀-235的含量(浓缩水平)和燃料块的形状决定了铀的临界状况。可以想象,如果燃料是细薄的片状,那么多数自由中子将会飞出去而不是撞击其他的铀-235原子。球形是最佳的形状。以球形聚集在一起以实现临界反应的铀-235的量大约为0.9公斤。这个量因此被称为临界质量。钚-239的临界质量大约是283 克。 可能出现的问题 核能发电有一个重要的优点——非常清洁。与火电站相比,核电站从环保角度来讲简直就是做到了极致。火电站向大气中释放的放射性物质比核电站还多,同时它还向大气中释放大量的碳、硫和其他元素,非常不幸的是,核电站的运行也存在一些严重的问题: |
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