核能電廠是如何運(yùn)作的.pdf

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1、核能電廠是如何運(yùn)作的前言核能電廠，和燃燒石化燃料的發(fā)電廠一樣，都是先藉由把水煮沸來(lái)產(chǎn)生電力的。核能電廠和其它類型的發(fā)電廠主要的不同之處在於，在核能電廠，用來(lái)製造蒸氣的熱能是經(jīng)由核分裂產(chǎn)生的，而不是燃燒石化燃料。核子反應(yīng)在核能發(fā)電廠裡，核分裂是在反應(yīng)爐裡進(jìn)行。反應(yīng)爐基本上就是把水加熱的機(jī)器。反應(yīng)爐有四個(gè)主要部分：(1)鈾燃料組件；(2)控制棒；(3)冷卻劑/緩和劑；以及(4)壓力槽。鈾燃料組件、控制棒、冷卻劑/緩和劑組成了反應(yīng)爐的中心部份，而壓力槽則圍繞著反應(yīng)爐心。燃料組件235238核能電廠使用的鈾燃料是百分之三的U和百分之97

2、的U混合比例。但是我們不能像把煤炭鏟進(jìn)火爐裡一樣把鈾丟進(jìn)反應(yīng)爐。鈾一定要先經(jīng)過(guò)濃縮，然後製成大約指頭大小的燃料丸。之後，這些燃料丸就被堆積在叫做燃料棒的中空金屬管，讓丸固定在正確的位置上。193每支燃料棒都裝著大約200顆的燃料丸，約3.6到4.2公尺長(zhǎng)。然而，只用單獨(dú)一支燃料棒並不足以提供生產(chǎn)大量電力所需的熱力。所以燃料棒要被小心地綁在一起，安置在燃料組件裡面，每個(gè)燃料組件裡大約放240支的燃料棒。燃料組件讓每支燃料棒彼此保持距離，這樣一來(lái)，當(dāng)它們浸泡在反應(yīng)爐心時(shí)，水可以從它們之間流過(guò)。控制棒核子爐的另外一個(gè)重要部分是控制棒。

3、它們是從反應(yīng)爐心的上方進(jìn)入，然後在爐心裡的燃料棒或燃料組件之間滑上滑下。控制棒規(guī)範(fàn)著或掌控著核子反應(yīng)的速度。這些控制棒裡有例如鎘或者硼的材質(zhì)。因?yàn)樗鼈兊脑訕?gòu)造的關(guān)係，鎘和硼會(huì)吸收中子，可是不會(huì)分裂?？刂瓢舻淖饔镁陀悬c(diǎn)像海綿一樣，是用來(lái)吸收多餘的中子。當(dāng)控制棒把會(huì)撞擊鈾原子而造成它們分裂的中子吸收起來(lái)的時(shí)候，連鎖反應(yīng)的速度就會(huì)慢下來(lái)。反應(yīng)爐心裡的溫度都是在嚴(yán)密的監(jiān)督和控管之下。當(dāng)爐心的溫度下降的時(shí)候，控制棒就會(huì)慢慢地從爐心升起，那就會(huì)吸收比較少的中子。如此一來(lái)，就會(huì)有比較多的中子可以進(jìn)行分裂。這會(huì)釋出比較多的能量和熱力。當(dāng)爐心的

4、溫度上升的時(shí)候，控制棒就會(huì)緩緩下降，這樣就會(huì)有比較少的中子可以進(jìn)行連鎖反應(yīng)，能量的輸出也就235會(huì)減低。要維持一個(gè)掌控之下的核子連鎖反應(yīng)，每一個(gè)U原子核分裂後釋出的其235中一個(gè)中子就要造成另外一個(gè)U原子核分裂，而同時(shí)其它的中子都被控制棒吸收。這樣一來(lái)，分裂的原子就一直維持在同樣的數(shù)量。在爐心的溫度變化通常都是循序漸進(jìn)的。但是如果監(jiān)測(cè)器察覺(jué)到溫度忽然大幅上升的話，所有的控制棒就會(huì)完全下降到爐心裡去吸收中子，而造成反應(yīng)爐即刻自動(dòng)停擺。造成這種停擺的原因，是因?yàn)樽屵B鎖反應(yīng)持續(xù)下去的中子都被控制棒吸收掉了。冷卻劑/緩和劑反應(yīng)爐的第三項(xiàng)

5、基本裝備就是冷卻劑/緩和劑。在臺(tái)灣的核能電廠裡，冷卻劑/緩和劑就是經(jīng)過(guò)處理的純水。任何被用來(lái)降溫的物質(zhì)都可以叫做冷卻劑。在核能電廠裡，冷卻水也被用來(lái)把反應(yīng)爐的熱力運(yùn)送到利用熱來(lái)發(fā)電的地方。如果沒(méi)有冷卻反應(yīng)爐的話，高溫可能會(huì)損害爐心。所以，反應(yīng)爐裡隨時(shí)都要有冷卻劑，才不會(huì)讓它過(guò)熱。緩和劑是用來(lái)減緩中子的速度。就像一顆球在它被輕輕地?cái)S出時(shí)，你比較容易接住，235中子在它們移動(dòng)沒(méi)那麼快的時(shí)候，比較容易被U原子核抓到並造成分裂。水可以讓中子的速度慢下來(lái)，所以它也是一種緩和劑。用水來(lái)當(dāng)緩和劑讓鈾可以捕捉到足夠的中子來(lái)進(jìn)行連鎖反應(yīng)。194壓

6、力槽反應(yīng)爐的第四個(gè)部位是壓力槽。壓力槽非常龐大。它的牆壁有22.5公分厚，重量經(jīng)常都超過(guò)270公噸。壓力槽圍繞著反應(yīng)爐並保護(hù)著它。除了作為安全防護(hù)欄之外，壓力槽也支撐著燃料組件、控制棒和冷卻劑/緩和劑。壓力槽是位於以厚重鋼筋水泥搭建的圍阻體裡面。核能電廠是怎麼發(fā)電的核能電廠的反應(yīng)爐把核能轉(zhuǎn)換成熱能(熱氣)。核能電廠其它的設(shè)備則是負(fù)責(zé)將反應(yīng)爐產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能。因?yàn)榉至逊磻?yīng)會(huì)產(chǎn)生熱氣，在反應(yīng)爐心循環(huán)的冷卻/緩和水會(huì)變得非常熱。一般來(lái)說(shuō)，在水溫高達(dá)100°C的時(shí)候，水就會(huì)沸騰而變成氣體，也就是蒸汽。氣體佔(zhàn)據(jù)比液體還多的空間。但是在

7、某些反應(yīng)爐裡面，因?yàn)榭臻g有限，所以裡面的水沒(méi)有辦法轉(zhuǎn)變成蒸氣。結(jié)果，水就一直處?kù)秹毫顟B(tài)之下，而且可以被加熱到316°C還保持著液體狀態(tài)。因?yàn)樵跔t心的水一直處在足夠讓它保持液態(tài)的壓力之下，這種反應(yīng)爐就被稱為壓水式反應(yīng)器。圖片來(lái)源：看守臺(tái)灣協(xié)會(huì)壓水式反應(yīng)器有三個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)管系統(tǒng)，或者環(huán)路系統(tǒng)，來(lái)傳導(dǎo)熱氣。在這些環(huán)路裡195的水永遠(yuǎn)不會(huì)互相混合。但是熱能會(huì)在這些環(huán)路之間從一邊移動(dòng)到另一邊。在第一環(huán)路，被加壓的水從核子爐中被抽取出來(lái)，經(jīng)由非常堅(jiān)固的導(dǎo)管分別輸送到幾座蒸氣發(fā)電機(jī)。在蒸氣發(fā)電機(jī)裡面，來(lái)自第一環(huán)路的冷卻/緩和水流經(jīng)上百根的導(dǎo)管

8、。而來(lái)自第二環(huán)路的水則在這些導(dǎo)管周圍流動(dòng)。在第一環(huán)路的水溫度高達(dá)316°C。因?yàn)闊釟鈺?huì)從較熱的地方流動(dòng)到比較冷的地方，所以熱氣會(huì)從第一環(huán)路轉(zhuǎn)移到第二環(huán)路。當(dāng)?shù)诙h(huán)路的水接收到來(lái)自第一環(huán)路的熱氣，就會(huì)轉(zhuǎn)變成蒸氣。這是因?yàn)榈诙h(huán)路的水接收到的壓力比較小。第二環(huán)路將蒸