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这东西1公斤可顶2千吨的煤矿! 中国很多发电站就靠它!

2017-10-15  冬不拉拉

人类对能源可谓是再熟悉不过了吧!我们认识最多的能量来源就是燃烧。从古至今,火就起了一个非常重要的作用!当然燃烧也有燃料热量的高低之分。但是,今天原理君为大家介绍一种不需要依靠燃烧的作用就比燃烧强个千倍万倍!这东西就是——核能。具体来说,应该是铀。

说到核能,大家肯定会知道核电站。说到核电站,大家肯定就知道核电站的心脏——核反应堆。我们下面先从核反应堆开始下手。核反应堆的组成非常眼花缭乱。但是,其原理框架却没有这么难。它由慢化剂、减速剂、吸收剂、控制棒组成。原理的话,原理君就提一提,主要是靠中子轰击铀235,使其发生裂变,产生更多的中子继续轰击,经过这种链式反应之后,能量就逐渐上来了!

慢化剂

这种慢化剂主要是由水(H2O)组成。于是,你会发现很多核电站都是建立在海边,这样做就是为了能够得到更多的慢化剂,用来帮助炽热的核反应堆进行降温。值得一提的是,由于核反应堆的裂变过程或者铀衰变的过程之中,会造成放射性射线以及大量中子。有时候,在某些程度上可以用来制造重水(D2O),因为氢元素吸收一个中子就会变成同位素氘,这也是为减速剂生产的方法!

减速剂

上面也有简单的说说,所谓的减速剂。跟它的名字表面作用恰恰相反,它是为了加速而生的。铀核是一种重核,它能够俘获速度不太快又不慢的快中子。由于微观粒子实在太小了,从中子源发现出来的中子往往都是偏快,于是用减速剂(重水、碳棒)可以将整个中子给减减速,以致于能够更有效地被铀核吸收和利用。于是说是减速剂,不如说是以减速的目的来促进加速核裂变!

控制棒

这种反应材料与前两者有些许不同。因为它是用来喊停整个核裂变反应的关键材料,也可以被称作是反应堆的开关!这种材料一般是由镉来充当,镉棒是一种非常强势的控制棒,一旦核反应堆反应太过于剧烈。就只有镉才有用!它靠着无与伦比的吸收中子能力,可以将大量的中子,不管是快中子还慢中子都能够吸收进去。再加上镉棒到处插满,能够快速吸收中子,使得核反应堆能够立马被控制住!松开镉棒开始反应,一旦插上,反应停止!

吸收剂

其实,吸收剂和控制棒有着异曲同工之妙。只不过,一个是以液体的形式、一个以固体的形式开始控制。吸收剂在核裂变失控的时候,能够给整个反应开始减速。通过镉水的吸收,能够有效减速反应堆的速度!

核反应堆和核弹的区别

要说到这两者的区别,原理君就必须得要跟大家说一说核裂变的整体临界质量问题。核裂变大家都知道是铀235被中子轰击之后,产生更多的中子和大量的能量。随着中子的出现,轰击就会继续延续下去,形成一系列的链式反应。与其说是临界质量倒不如说是临界密度!要是平均起来,一次轰击之后的中子能够发生再一次的轰击,那么这处于临界状态。要是第二次不足以轰击,就属于亚临界状态。要是能够平均下来有超过一个中子的轰击,这就属于超临界的状态。

来到核电站里面,工程师们选择的是一个又高又庞大的反应堆结构。显而易见,整个反应堆就是为了生产能量而生。选择的状态也就刚过临界质量不多!我们上面也说过,为了防止意外的发生,还引入了吸收剂、控制棒、减速剂、慢化剂。不过,核弹就大不相同了,把核原料装在一个比较狭隘的空间里面,里面还有化学炸药来进行催化。浓缩的体积,可见得里面的核裂变临界状态是多么复杂和频繁,核弹里面的临界状态远远超过了临界质量!

我们下面回归到核电站本身。大家上面的图,想必都可以一眼可以看懂!那么原理君就为大家简单说说这个图吧!其实,就是核反应的能源被迁移到了蒸汽产生器,使得大量的水开始受热蒸发,最后这些剧烈的蒸发通过管道开始喷击涡轮发电机,带动涡轮快速旋转,超强的蒸汽推动使得涡轮能够发出更多的电。

目前,我国的核电站都要向百万功率开始进军。秦山核电站有30万千瓦、大亚湾核电站有90万千瓦。而秦山核电站一年正真有效消耗的核原料是115kg,大亚湾也就是300多公斤。说完了核电站,我们接着说一说火电站,一座120万吨级别的发电站一年需要2百万吨的煤,要是用60节车厢的火车,需要拉800多趟才可以运输材料完毕!我们由此可见,整个发电站是有多么耗能源,不如核电站的几百公斤!

然而,并不是所有的核电站都是安全的。毕竟与火力发电站不同的是,核电站用的是重金属而火电站用的是煤这种燃料。表面上一看来,觉得火力发电站确实因为燃烧出来的SO2(二氧化硫)会造成一定的大气污染,甚至是酸雨!可实际上,要是核电站一出事,这地方将要荒废好几十年。相信大家都看到过日本11年大地震和海啸之后,形成的大辐射造成了多么严重的辐射后遗症,都目前为止,那些发射性物质都未能全部消散掉!

最后,原理君为大家简单讲解一下未来的核能源走向。当然啦!这些以后文章还会详细讲解。说起核能源走向,我们人类将会走可控核聚变反应堆。毕竟核聚变的污染,在理论上是没有的、而且所需要的原料提取要比重金属铀要来的快、所爆发的能量理论上要比核裂变迅速得多!当然,还有一个优点,也可以说是一个缺点。那就是核聚变是顺便爆发出巨大能量,不用进行递增的链式反应,因此这种堪称“热核反应”的剧烈是人类目前还无法控制,就是怕容易发生爆炸,所以才推辞掉了核聚变的反应堆!

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